CN111707370A - 一种大口径分光测色仪及测色方法 - Google Patents

一种大口径分光测色仪及测色方法 Download PDF

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秦梦丹
王坚
何有心
江晓欣
徐平
蔡娜
张凌妍
胡金迪
许清源
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Abstract

本发明公开了一种大口径分光测色仪及测色方法，测色仪包括光源、传感系统、积分球，积分球上开设的狭缝与积分球外侧的镜面反射件、测量口、第一光纤配合设置，光源的光线在积分球内匀光后通过狭缝射出，依次经镜面反射件、测量口、第一光纤传输至传感系统；测色方法包括S1，第一光纤将被测物体表面的光谱信息转换为光信号导入传感系统，传感器系统测得每个波长的光谱信号强度I1(λ)，S2，第二光纤获取积分球内的光谱信息，并将其转换为光信号导入传感器系统，传感器系统测得每个波长的光谱信号强度I0(λ)，S3，取I(λ)＝I1(λ)/I0(λ)作为最终采样信号。

Description

一种大口径分光测色仪及测色方法
技术领域
本发明涉及光学颜色测量技术领域，尤其是涉及了一种大口径分光测色仪及测色方法。
背景技术
颜色测量仪器中的45/0照明观测是光线方向与表面成45°，观察者从0°方向接受信号。目前实现45/0照明观测几何条件有两种技术方案：
方案1，多个光源发出的光线以45°入射到样品表面，在0°方向使用透镜和传感器对反射光线进行收集。但由于光源数量是有限的，并不能实现各个方向的充分照明；且由于每个光源的光强和光强角分布并不一致，因此从不同方向照射的光可能强度不一致，导致测量结果产生方向差异性。
方案2，采用积分球半球进行匀光，积分球半球底部为一圆形平面，其内表面是高反射镜面，平面边缘一圈开设狭缝，光源发出的光在积分球半球内部进行匀光后，从狭缝射处以45°照射到材料表面。虽然相对于方案1，可以实现更加均匀的照明，但由于只采用的积分球半球，匀光效果较差，仍会导致一定的照明方向性误差；且在积分球半球底面下部0°方向的传感器体积较大，会阻挡光线。为了不阻挡光线，增大光路结构体积，会导致光路结构整体体积会比较大；缩小传感器所在的空间，会导致传感器只能选择体积较小的光电池，且空间不足以放置光谱仪，导致无法实现光谱测量。
发明内容
为解决现有技术的不足，实现充分匀光、充分照明、光强度一致的同时使测量空间不受限制的目的，本发明采用如下的技术方案：
一种大口径分光测色仪，包括光源、传感系统、积分球，所述的积分球上开设的狭缝与积分球外侧的镜面反射件、测量口、第一光纤配合设置，光源的光线在积分球内匀光后通过狭缝射出，依次经镜面反射件、测量口、第一光纤传输至传感系统，由于光线在积分球内部进行了充分的反射，所以狭缝处射出的光的强度在各个方向上是相等的，通过第一光纤将原本放置在第一光纤的光入口处的体积较大的传感系统放到了光路结构之外，从而避免了传感系统对整个光路结构的影响，方便了整体结构设计，同时，传感系统可以使用更大的光谱仪接受信号，达到测量被测物体表面反射光的光谱信息的目的。
所述的狭缝中射出的光线与所述的镜面反射件的反射面呈45°，镜面反射件的反射光与所述的测量口的测量面呈45°，确保了45/0照明光学条件。
所述的测量口与第一光纤之间配合设置有反射镜，用于反射被测物体表面的反射光线，使其进入第一光纤。
所述的反射镜倾斜45°设置在测量口的正上方。
所述的狭缝为一闭环，其上设有挡光结构，作为连接传感系统的线材通道，用于布放第一光纤。
所述的积分球上开设的出光口与第二光纤配合设置，光源的光线在积分球内匀光后通过出光口经第二光纤传输至传感系统。
所述的传感系统包括第一传感器、第二传感器，第一传感器用于接收并测量第一光纤的光信号，第二传感器用于接收并测量第二光纤的光信号。
一种大口径分光测色方法，包括如下步骤：
S1，光源的光线在积分球内匀光后通过狭缝射出，依次经镜面反射件、测量口、第一光纤，通过第一光纤将被测物体表面的光谱信息转换为光信号导入传感系统，传感器系统测得每个波长的光谱信号强度I1(λ)；
S2，第二光纤获取积分球内的光谱信息，并将其转换为光信号导入传感器系统，由于该光信号没有经过被测物体表面反射，没有携带被测物体表面的光谱信息，只有光源光谱信息，传感器系统测得每个波长的光谱信号强度I0(λ)；
S3，取I(λ)＝I1(λ)/I0(λ)作为最终采样信号，如果光源光谱信息出现波动，I0(λ)和I1(λ)都会出现相应比例的波动，通过计算取得的最终采样信号可以有效的消除光源波动对测量的影响。
所述传感系统包括第一传感器、第二传感器，第一传感器用于接收并测量第一光纤的光信号，第二传感器用于接收并测量第二光纤的光信号，由于有两台传感器，可以同时测量第一光纤和第二光纤的信号。
本发明的优势和有益效果在于：
通过狭缝、镜面反射件、测量口、第一光纤的配合设置，在保证45/0照明光学条件的同时能够采用整个积分球提供了更好匀光效果，并且将传感器放到了光路结构之外，解决了传感器缺少摆放空间的问题，通过第二光纤获取的只有光源的光信号，即没有携带被测物体表面的光信号，通过计算第一光纤、第二光纤获取的光信号，有效的消除光源波动对测量的影响。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图2是本发明镜面反射件侧的剖面图。
图3是本发明在在光纤侧的剖面图。
图中：1、积分球，2、光源，3、狭缝，4、镜面反射件，5、测量口，6、出光口，7、第二光纤，8、第一光纤，9、挡光结构，10、反射镜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1-3所示，光源2发出的光首先进入积分球1，在积分球1内做充分匀光后，保证了积分球1内部的光强分布是均匀的。
在积分球1下部1/4处开设一圈狭缝3，使得光线可以从积分球1中射出，射出的光线是S1和S2区域的积分球1内表面面积的反射光，由于光线在积分球1内部进行了充分的反射，所以狭缝3所对应的光的光强度在各个方向上是相等的。
光线从狭缝3中射出，经镜面反射件4的表面反射，穿过测量口5到被测物体表面，S1、S2面积的中心点到镜面反射件4的表面的中心点连线应和镜面反射件4的表面成45°，镜面反射件4的表面中心点和测量口5(即被测物体表面)的中心点连线也应和镜面反射件4的表面成45°，以确保光线照射到被测物体的表面是以与表面呈45°角的方向入射的。
在被测物体表面的正上方设置一个反射镜10，与被测物体表面法线方向成45°，用于反射被测物体表面的反射光线，使其进入第一光纤8，将体积较大的传感器放到了光路结构之外，从而避免了传感器对整个光路结构的影响，方便了整体结构设计，同时，传感器可以使用光谱仪接受信号，达到测量被测物体表面反射光的光谱信息的目的。
在狭缝3上设置挡光结构9，作为连接传感器的线材通道，布放如第一光纤8等线材。
第一光纤8收集到携带了被测物体表面的光谱信息的光信号后，将光信号导入光谱仪，测量每个波长处光谱信号强度I1(λ)。
第二光纤7通过出光口6直接连接至积分球1内壁，收集积分球1内的光信号后，经由第二光纤7导入另外一个光谱仪，由于该光信号没有经过被测物体表面反射，没有携带被测物体表面的光谱信息，只有光源光谱信息，可以测量到每个波长处光谱信号强度I0(λ)。
取I(λ)＝I1(λ)/I0(λ)为被测物体表面的最终反射光谱强度，如果光源光谱信号出现波动，I0(λ)和I1(λ)都会出现相应比例的波动，通过计算取得的最终反射光谱强度可以有效的消除光源波动对测量的影响。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种大口径分光测色仪，其特征在于包括光源(2)、传感系统、积分球(1)，所述的积分球(1)上开设的狭缝(3)与积分球(1)外侧的镜面反射件(4)、测量口(5)、第一光纤(8)配合设置，光源(2)的光线在积分球(1)内匀光后通过狭缝(3)射出，依次经镜面反射件(4)、测量口(5)、第一光纤(8)传输至传感系统。
2.如权利要求1所述的一种大口径分光测色仪，其特征在于所述的狭缝(3)中射出的光线与所述的镜面反射件(4)的反射面呈45°，镜面反射件(4)的反射光与所述的测量口(5)的测量面呈45°。
3.如权利要求1所述的一种大口径分光测色仪，其特征在于所述的测量口(5)与第一光纤(8)之间配合设置有反射镜(10)。
4.如权利要求3所述的一种大口径分光测色仪，其特征在于所述的反射镜(10)倾斜45°设置在测量口(5)的正上方。
5.如权利要求1所述的一种大口径分光测色仪，其特征在于所述的狭缝(3)为一闭环，其上设有挡光结构(9)。
6.如权利要求1所述的一种大口径分光测色仪，其特征在于所述的积分球(1)上开设的出光口(6)与第二光纤(7)配合设置，光源(2)的光线在积分球(1)内匀光后通过出光口(6)经第二光纤(7)传输至传感系统。
7.如权利要求6所述的一种大口径分光测色仪，其特征在于所述的传感系统包括第一传感器、第二传感器，第一传感器用于接收并测量第一光纤(8)的光信号，第二传感器用于接收并测量第二光纤(7)的光信号。
8.一种大口径分光测色方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，光源(2)的光线在积分球(1)内匀光后通过狭缝(3)射出，依次经镜面反射件(4)、测量口(5)、第一光纤(8)，通过第一光纤(8)将被测物体表面的光谱信息转换为光信号导入传感系统，传感器系统测得每个波长的光谱信号强度I1(λ)；
S2，第二光纤(7)获取积分球(1)内的光谱信息，并将其转换为光信号导入传感器系统，传感器系统测得每个波长的光谱信号强度I0(λ)；
S3，取I(λ)＝I1(λ)/I0(λ)作为最终采样信号。
9.如权利要求8所述的一种大口径分光测色方法，其特征在于所述传感系统包括第一传感器、第二传感器，第一传感器用于接收并测量第一光纤(8)的光信号，第二传感器用于接收并测量第二光纤(7)的光信号。
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