CN109405966A - 一种积分球和积分球测色装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于一种积分球测色装置，所述积分球测色装置包括积分球、耦合光路和传感器，所述积分球包括光源、被测物窗口、出射光窗口和拨片，所述被测物窗口与出射光窗口分别位于大圆两侧的球面上，其中，所述大圆是指经过所述积分球球心的截平面；所述拨片与所述积分球为动连接，当所述拨片收起时，所述拨片阻挡所述光源发出的光线直接射向所述被测物窗口，所述拨片没有移出至积分球外部；当所述拨片展开时，所述拨片位于所述被测物窗口与所述出射光窗口的连线上。本发明提供了一种结构简单、组装方便、接近理想积分球的基本条件的积分球及积分球的测色装置。
Description
技术领域
本发明涉及积分球领域，特别是一种积分球的测色装置。
背景技术
积分球是一种空腔的球体，光线在球体内部经过多次反射及漫射后，实现了光线均匀的散射在积分球内部。因此，理想积分球的基本条件包括以下几点：(1)积分球的内表面是完整的几何球面；(2)积分球内表面上每一点的半径相同；(3)积分球内壁是均匀漫反射面；(4)积分球内壁对各种波长的入射光线具有相同的漫反射比；(5)积分球内没有任何物体；(6)光源可以看作只发光而没有实物的抽象光源。
但是，上述基本条件是积分球的理想条件，在实际应用中必然需要对积分球开孔(或开缝)或者在内部安装屏，使得积分球偏离了理想积分球的基本条件。开孔用于设置光线入射口、检测口或者其他部件，开孔的面积与积分球内表面的比例称为开孔率，开孔率越小则越接近理想积分球的内表面是完整几何球面这个基本条件；将积分球同光源、探测器等组织在一起的时候，就不能避免的在积分球内部安装屏，积分球内部安装的屏或者其他部件越少，就越接近理想积分球的积分球内没有任何物体这个基本条件。
中国第ZL 201621159676.6号，名称为“单光路分光测色仪”的实用新型专利(以下简称“766号专利”)公开了一种积分球的单光路分光测色仪，766号专利的积分球内部有挡光板和拨片，其中挡光片是固定不动的，拨片通过积分球上的缝隙进入或者移出积分球，挡光板用于挡住光源发出的光线直接射向被测物表面。
将766号专利与理想积分球的基本条件进行对比，我们发现766号专利中存在的挡光板，使得766号专利的积分球与理想积分球内没有任何物体这个基本条件偏离较大；同时，766号专利在积分球上进行开缝，增加了积分球的开孔率，使得766号专利的积分球与理想积分球内表面是完整的几何球面这个基本条件偏离较大。766号专利的挡光板一方面阻挡住光源发出的光线直接射向被测物表面，另一方面也阻挡住了积分球内其他光线的反射和漫射，将破坏积分球内的光线均匀的散射到积分球的内部；766号专利的积分球上开缝，将破坏积分球内的光线均匀的散射到积分球的内部，也可能导致外部光线射入到积分球内或者积分球内光线从缝隙漏出积分球，导致测量光线强度的不稳定。
对于可以应用于766号专利的产品以及其他产品的积分球，需要按照理想积分球的基本条件，进一步的降低开孔率和减少积分球内的物体，以利于积分球内部对光线的均匀的散射，以及保证积分球内部光线强度的稳定。同时，766号专利的积分球内部的固定挡光板或开缝都会增加制造积分球的难度和成本；此外，为使得拨片通过缝隙进入和移出积分球，也会增加积分球组装的难度和成本。因此，在积分球领域，特别是积分球的测色装置领域亟需一种结构简单、组装方便、接近理想积分球的基本条件的积分球及积分球的测色装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种积分球，所述积分球包括光源、被测物窗口、出射光窗口和拨片，所述被测物窗口与出射光窗口分别位于大圆两侧的球面上，其中，所述大圆是指经过所述积分球球心的截平面；所述拨片与所述积分球为动连接，当所述拨片收起时，所述拨片阻挡所述光源发出的光线直接射向所述被测物窗口，所述拨片没有移出至积分球外部；当所述拨片展开时，所述拨片位于所述被测物窗口与所述出射光窗口的连线上。
优选地，所述拨片表面的物质与所述积分球内壁的物质具有相同或者相近的漫反射率。
优选地，所述积分球还包括光吸收阱，所述出射光窗口位于所述被测物窗口法线的一侧，所述光吸收阱位于所述被测物窗口法线的另一侧，其中，所述出射光窗口与被测物窗口法线构成的光线出射角大小等于所述吸收阱与所述被测物窗口法线构成的光线入射角大小。
本发明还提供一种积分球测色装置，所述积分球测色装置包括积分球、耦合光路和传感器，所述积分球包括光源、被测物窗口、出射光窗口和拨片，所述被测物窗口与出射光窗口分别位于大圆两侧的球面上，其中，所述大圆是指经过所述积分球球心的截平面；所述拨片与所述积分球为动连接，当所述拨片收起时，所述拨片阻挡所述光源发出的光线直接射向所述被测物窗口，所述拨片没有移出至积分球外部；当所述拨片展开时，所述拨片位于所述被测物窗口与所述出射光窗口的连线上。
优选地，其特征在于，所述积分球测色装置还包括电机，所述电机与所述拨片传动连接，所述电机传动所述拨片收起或者展开。
优选地，所述积分球还包括光吸收阱，所述出射光窗口位于所述被测物窗口法线的一侧，所述光吸收阱位于所述被测物窗口法线的另一侧，其中，所述出射光窗口与被测物窗口法线构成的光线出射角大小等于所述吸收阱与所述被测物窗口法线构成的光线入射角大小。
优选地，所述拨片表面的物质与所述积分球内壁的物质具有相同或者相近的漫反射率。
附图说明
图1是现有技术的双光路积分球测色装置；
图2是本发明积分球测色装置一种状态的示意图；
图3是本发明积分球测色装置另一种状态的示意图；
图4是本发明积分球测色装置一种状态的结构图；及
图5是本发明积分球测色装置另一种状态的结构图。
主要元件符号说明
| 积分球 | 100 |
| 光源 | 1001 |
| 被测物窗口 | 1002 |
| 出射光窗口 | 1003 |
| 拨片 | 1004 |
| 光吸收阱 | 1005 |
| 积分球测色装置 | 10 |
| 耦合光路 | 101 |
| 传感器 | 102 |
| 电机 | 103 |
| 被测物出射光窗口 | 202 |
| 球壁出射光窗口 | 203 |
| 探测器件 | 204、205 |
具体实施方式
为了使发明的目的、原理、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，正如本发明内容部分所述，此处所描述的具体实施例用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要特别说明的是，根据说明书的文字或者技术内容可以确定的连接或位置关系，为了图画的简洁进行了部分的省略或者没有画出全部的位置变化图，本说明书未明确说明省略的或者没有画出的位置变化图，不能认为没有说明，为了阐述的简洁，在具体阐述时不再一一进行说明，在此统一说明。
请参见图1是现有技术的双光路积分球测色装置。所述双光路积分球测色装置包括积分球10、光源1001、被测物窗口1002、被测物出射光窗口202、球璧出射光窗口203、探测器件204和205以及反射镜206。所述双光路积分球测色装置工作原理是在光源1001同一次发光时，同时采集所述被测物窗口1002反射光线的色度值和所述积分球球璧反射光线的能量值。具体说明如下：所述双光路积分球测色装置的光源1001在同一次发光时，所述光源1001发出的光线照射到所述积分球10内壁上，形成漫反射光，从而实现了所述积分球10内壁上任何一点的光强度都是相同的。被测物窗口1002处放置待检测颜色的被测物体，积分球10内的光线照射到所述被测物体后反射到所述被测物出射光窗口202，构成测试光路，测试光路的光线被探测器件204所接收；同时所述探测器件205与所述球璧出射光窗口203对准所述积分球10内壁构成的是参比光路，参比光路将所述积分球10球璧的光线反射到被所述探测器件205接收，由于所述积分球10球璧内任何一点的光线强度相同，因此，通过光源1001的同一次发光，测试光路采集到被测物体的色度值，参比光路采集到所述积分球10内的光强度，从而建立了光源1001每一次发光时的参比光路与测试光路的光能量值对应关系。举例而言，第一次测试时，被测物窗口1002处放置标准白的样品，光源1001第一次发光，则通过参比光路记录了光源的AD1值，同时通过测试光路记录标准白样品的AD1’值；第二次测试时，被测物窗口1002处放置待检测颜色的被测物体，光源1002第二次发光，通过参比光路记录了光源的AD2值，同时通过测试光路记录被测物体的AD2’值；第三次测试时，光源1002第三次发光，记录下参比光路的AD3值和测试光路的AD3’值。基于上述对应关系，对于光源1001非同一次发光时的光强度偏差，通过上述的对应关系进行差值的调整和弥补，避免导致被测物体色度值的偏差。在本发明中，所述AD值是指模拟数字转换值(Analog toDigital Conversion)，通过所述探测器件将光转换为数字信号。
图1所示的是双光路的积分球测色装置，相对于766号专利而言，所述双光路的积分球测色装置内部没有拨片，也不用为拨片的转入和转出而在积分球上设置缝隙，使得积分球更加接近理想积分球的基本条件。但是，相对于766号专利而言，双光路的积分球测色装置需要两个探测器件204和205，需要建立两条光路，探测器件的成本高昂，建立两条光路导致系统的复杂度增加。本专利要克服所述双光路积分球测色装置的成本高昂和光路复杂的缺陷，同时也克服766号专利的缺陷。
请参看图2是本发明积分球测色装置一种状态的示意图。所述积分球测色装置10包括积分球100、耦合光路101和传感器102，所述积分球100包括光源1001、被测物窗口1002、出射光窗口1003和拨片1004。所述被测物窗口1002与出射光窗口1003分别位于大圆两侧的球面上，其中，所述大圆是指经过所述积分球100球心的截平面；所述拨片1004与所述积分球100为动连接，所述拨片1004包括收起和展开状态。图2是所述拨片1004收起时的状态，所述拨片1004阻挡所述光源1001发出的光线直接射向所述被测物窗口1002，在此，需要特别说明的是，所述拨片1004没有移出至积分球100的外部，因此不需要在积分球100上开缝隙用于所述拨片1004移出至积分球外部。图2所示状态下的积分球100通过所述拨片1004阻挡了光源1001的光线直接照射被测物窗口1002的被测物，从而消除了光源1001直接照射被测物产生的重大误差。耦合光路101接收到被测物窗口1002的被测物体的反射光，即类似于图1中的测试光路，所述传感器102可以分析得到被测物体的AD值。当然，这里的被测物体包括标准色样品和待测试颜色的测试品的不同情况，参照图1中的测试光路工作的情形，在此不再赘述。
请参看图3是本发明积分球测色装置另一种状态的示意图。在图3所示的状态中，所述拨片1004处于展开状态，此时，所述拨片1004位于所述被测物窗口1002与所述出射光窗口1003的连线上。这样实现了所述拨片1004面向所述出射光窗口1003的面所反射的光线射向所述出射光窗口1003。在本实施例中，所述拨片1004表面的物质与所述积分球100内壁的物质具有相同或者相近的漫反射率。在本实施例中，所述耦合光路101接收到所述拨片1004反射的光线，相当于接收到了所述积分球100内壁任何一点反射的光线，即类似于图1中的参比光路，所述传感器102可以测试得到所述积分球内光源的AD值。因此，本发明通过图2和图3的光源1001在短时间内连续两次发光，分别测试被测物窗口和积分球球璧，实现了图1中双光路积分球测色装置同一次光源发光同时测试被测物窗口和积分球球璧的功能。
参见图2和图3，所述积分球测色装置10还包括电机103，所述电机103与所述拨片1004传动连接，所述电机103传动所述拨片1004收起或者展开。举例而言，所述电机103的转轴与所述拨片1004固定连接，所述电机1003具有两个定向的转动，一个转动将带动所述拨片1004处于收起状态，一个转动将带动所述拨片1004处于展开状态。当然，在机械传动的领域，也可以通过电机1003的转轴与直轴配合，通过旋转运动转换直线运动的方式带动所述拨片处于收起或者展开状态。类似的，现有技术中可以实现电机103传动拨片1004，使得拨片1004处于收起和展开状态的技术都可以用于此技术特征。
再参见图2和图3，所述积分球100还包括光吸收阱1005，所述出射光窗口1003位于所述被测物窗口1002法线的一侧，所述光吸收阱1005位于所述被测物窗口1002法线的另一侧，其中，所述出射光窗口1003与被测物窗口1002法线构成的光线出射角大小等于所述吸收阱1005与所述被测物窗口1002法线构成的光线入射角大小。举例而言，在本实施例中，AD直线是被测物窗口1002的法线，角BAD是所述出射光窗口1003与被测物窗口1002法线构成的光线出射角大小，角CAD是所述吸收阱1005与所述被测物窗口1002法线构成的光线入射角大小，所述光线出射角大小与所述光线入射角大小相同，从而，通过光吸收阱1005对光线的吸收，使得在所述拨片1004处于图2的收起状态时，避免光吸收阱1005处的光线对所述被测物窗口1002产生镜面反射，避免该镜面反射的光线进入测试光路，实现了对镜面反射成分的消除。
图4本发明积分球测色装置一种状态的结构图，与图2处于相同的拨片1004收起状态，图5是本发明积分球测色装置另一种状态的结构图，与图3处于相同的拨片1004展开状态。图4和图5用于更加直观的理解图2和图3及本发明的内容，在此不再赘述。
值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种积分球，所述积分球包括光源、被测物窗口、出射光窗口和拨片，其特征在于：
所述被测物窗口与出射光窗口分别位于大圆两侧的球面上，其中，所述大圆是指经过所述积分球球心的截平面；
所述拨片与所述积分球为动连接，当所述拨片收起时，所述拨片阻挡所述光源发出的光线直接射向所述被测物窗口，所述拨片没有移出至积分球外部；
当所述拨片展开时，所述拨片位于所述被测物窗口与所述出射光窗口的连线上。
2.如权利要求1所述的积分球，其特征在于，所述拨片表面的物质与所述积分球内壁的物质具有相同或者相近的漫反射率。
3.如权利要求1或2所述的积分球，其特征在于，所述积分球还包括光吸收阱，所述出射光窗口位于所述被测物窗口法线的一侧，所述光吸收阱位于所述被测物窗口法线的另一侧，其中，所述出射光窗口与被测物窗口法线构成的光线出射角大小等于所述吸收阱与所述被测物窗口法线构成的光线入射角大小。
4.一种积分球测色装置，所述积分球测色装置包括积分球、耦合光路和传感器，所述积分球包括光源、被测物窗口、出射光窗口和拨片，其特征在于：
所述被测物窗口与出射光窗口分别位于大圆两侧的球面上，其中，所述大圆是指经过所述积分球球心的截平面；
所述拨片与所述积分球为动连接，当所述拨片收起时，所述拨片阻挡所述光源发出的光线直接射向所述被测物窗口，所述拨片没有移出至积分球外部；
当所述拨片展开时，所述拨片位于所述被测物窗口与所述出射光窗口的连线上。
5.如权利要求4所述的积分球测色装置，其特征在于，所述积分球测色装置还包括电机，所述电机与所述拨片传动连接，所述电机传动所述拨片收起或者展开。
6.如权利要求4或5所述的积分球测色装置，其特征在于，所述积分球还包括光吸收阱，所述出射光窗口位于所述被测物窗口法线的一侧，所述光吸收阱位于所述被测物窗口法线的另一侧，其中，所述出射光窗口与被测物窗口法线构成的光线出射角大小等于所述吸收阱与所述被测物窗口法线构成的光线入射角大小。
7.如权利要求6所述的积分球测色装置，其特征在于，所述拨片表面的物质与所述积分球内壁的物质具有相同或者相近的漫反射率。
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