CN114354565A - 一种半积分球测样系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半积分球测样系统，包括半积分球装置、装样台、光源、相机和光谱仪。可以进行发光材料的发光成像，光源发射的激发光经反射片反射至半积分球体球壁和高反平面进行漫反射后均匀照射待测样品，待测样品发射的光被相机收集成像；可以进行发光材料的发光量子效率测量，光源发射的激发光经反射片反射照射待测样品，待测样品发射的光经半积分球球壁和高反平面进行多次漫反射后被光谱仪收集得到样品光谱数据。本发明通过内置反射镜延长光程，大幅减小散射光通过入射口的直接反馈损失，换样无需打开半积分球，避免了装样不慎导致的积分球污染问题，并且还可同时获得发光材料的发光图像和光谱信息。

Description

一种半积分球测样系统

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种半积分球测样系统。

背景技术

积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，常用于光度学测量中用于辐射度、色度和光度等的测量。近年来随着LED照明设备的迅速发展，对发光材料的研究成为人们的重点关注对象。发光材料的发光强度色坐标、光谱、光通量、量子效率等测试中由于荧光样品所发荧光具有空间光强分布不均的特点，往往选用积分球测样装置。半积分球测样装置通过巧妙利用赤道面镜像对称原理在实现常规积分球匀光功能的同时大幅减小了积分球尺寸，可以适用更多对装置尺寸有要求的集光和匀光场景。理想情况下当积分球测样装置的平面反射片的反射率等于1时，同样开孔比的半积分球的信号输出强度是全积分球的2倍。

半积分球是由一个半积分球面和一面赤道高反射平面构成一个封闭的半球空间，传统的半积分球通常样品放置位置正对光源入射口，直接照射样品进行激发，如此样品散射的光直接反馈回光源入射口的部分无法参与积分球散射，从而损失掉，导致散射光强度测试出现较大的误差，影响绝对量子效率测试的精度。另外目前已有的积分球设计，样品放置于积分球光学腔内，换样时需打开积分球光学腔，不仅测样流程繁琐，并且容易污染积分球内壁的高漫反射涂层。为解决上述问题，特提出一种半积分球测样系统，可大幅减小散射光通过入射口的直接反馈损失，换样无需打开积分球，并且还可同时获得发光材料的发光图像和光谱信息，满足更多发光材料的光度学测量。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种半积分球测样系统，可大幅减小散射光通过入射口的直接反馈损失，换样无需打开积分球，并且还可同时获得发光材料的发光图像和光谱信息，满足更多发光材料的光度学测量。

本发明提供的一种半积分球测样系统，主要包括半积分球装置。如图3所示，所述半积分球装置由外壳，半积分球体，旋转电机，反射片，高反平面和透光窗盖组成。所述外壳用于保护所述半积分球体和所述高反平面，所述半积分球体分别在上方开设有一个圆孔、侧面开设有三个圆孔；所述旋转电机安装在所述外壳上，并从所述半积分球体侧面开设的其中一个圆孔伸入所述半积分球体中，所述反射片安装在所述旋转电机输出轴上；所述高反平面安装在所述半积分球体下方，所述高反平面中间开设有一个圆形通孔，用于安装所述透光窗盖。

具体的，所述半积分球体侧面开设的三个圆孔互为90°开设在同一平水面上；

具体的，所述反射片1-4与水平方向成一定角度安装在所述旋转电机输出轴上，使得与所述旋转电机输出轴平行入射的激发光可以被所述反射片反射至所述高反平面中心位置。

进一步的，本发明提供的一种半积分球测样系统还包括装样台，如图4所示，所述装样台上方开设有圆形凹槽，用于放置待测样品。

进一步的，本发明提供的一种半积分球测样系统还包括光源、相机和光谱仪。所述光源安装在所述半积分球体上与所述旋转电机输出轴伸入圆孔相对的圆孔中；所述相机安装在所述半积分球体上方开设的圆孔中，所述光谱仪安装在所述半积分球体侧面与安装所述光源的圆孔成90°开设的圆孔中。

本发明的有益效果：

(1)本发明公开的一种半积分球测样系统，光源从侧面水平进入半积分球的光学腔，通过内置反射镜反射照射激发样品，样品受激发反射的光通过反射镜延长光程，从而减小了入射口对应的样品散射反馈的立体角，减少了散射光通过入射口的直接反馈损失，提升了散射光强度测试的准确度，进而可提升绝对量子效率测试的精度。

(2)本发明公开的一种半积分球测样系统，待测样品置于装样台上，通过半积分球装置的高反平面中间开设的圆形通孔伸入透光窗盖中进行测试，样品位于半积分球光学腔外，换样无需打开半积分球体，简化测试流程，避免了装样不慎导致的积分球污染问题。

(3)本发明公开的一种半积分球测样系统，可以同时连接相机和光谱仪，通过旋转电机旋转反射片，将激发光源反射至半积分球壁上，经过漫反射后匀光照射待测样品进行样品发光成像；结合待测样品光谱数据，可以获得待测样品不同区域的光谱，从而可以确认光学性能分布不均匀的样品光谱。

附图说明

图1为一种半积分球测样系统示意图

图2为一种半积分球测样系统的半积分球外观示意图

图3为一种半积分球测样系统的半积分球装配示意图

图4为一种半积分球测样系统的装样台外观示意图

图5为一种半积分球测样系统的发光成像示意图

图6为一种半积分球测样系统的发光量子产率测量示意图

图中：1-半积分球装置，1-1-外壳，1-2-半积分球体，1-3-旋转电机，1-4-反射片，1-5-高反平面，1-6-透光窗盖，2-装样台，3-光源，4-相机，5-光谱仪，6-数据处理器，7-待测样品

具体实施方式

下文将结合附图以及具体实施案例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当了解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种半积分球测样系统，可减小散射光通过入射口的直接反馈损失，换样无需打开积分球，并且还可同时获得发光材料的发光图像和光谱信息，满足更多发光材料的光度学测量。

本发明提供的一种半积分球测样系统，主要包括半积分球装置1。如图3所示，所述半积分球装置1由外壳1-1，半积分球体1-2，旋转电机1-3，反射片1-4，高反平面1-5和透光窗盖1-6组成。所述外壳1-1用于保护所述半积分球体1-2和所述高反平面1-5，所述半积分球体1-2分别在上方开设有一个圆孔、侧面开设有三个圆孔；所述旋转电机1-3安装在所述外壳1-1上，并从所述半积分球体1-2侧面开设的其中一个圆孔伸入所述半积分球体1-2中，所述反射片1-4安装在所述旋转电机1-3输出轴上；所述高反平面1-5安装在所述半积分球体1-2下方，所述高反平面1-5中间开设有一个圆形通孔，用于安装所述透光窗盖1-6。

具体的，所述半积分球体1-2侧面开设的三个圆孔互为90°开设在同一平面上；

具体的，所述反射片1-4与水平方向成一定角度安装在所述旋转电机1-3输出轴上，使得与所述旋转电机1-3输出轴平行入射的激发光可以被所述反射片1-4反射至所述高反平面1-5中心位置。

进一步的，本发明提供的一种半积分球测样系统还包括装样台2，如图4所示，所述装样台2上方开设有圆形凹槽，用于放置待测样品7。如图5所示，工作时，将所述待测样品7放置于所述装样台2上，再将所述半积分球装置1盖在其上，使所述装样台2上的待测样品7通过所述高反平面1-5中间开设的圆形通孔伸入所述透光窗盖1-6中进行测试。

进一步的，本发明提供的一种半积分球测样系统还包括光源3、相机4和光谱仪5。所述光源3安装在所述半积分球体1-2上与所述旋转电机1-3输出轴伸入圆孔相对的圆孔中；所述相机4安装在所述半积分球体1-2上方开设的圆孔中，所述光谱仪5安装在所述半积分球体1-2侧面与安装所述光源3的圆孔成90°开设的圆孔中。

下面结合具体实施例进行详细说明：

实施例1

本发明提供的一种半积分球测样系统，主要包括半积分球装置1、装样台2、光源3、相机4和光谱仪5，所述半积分球装置1由外壳1-1，半积分球体1-2，旋转电机1-3，反射片1-4，高反平面1-5和透光窗盖1-6组成，可以进行待测样品7的发光成像。图4示出了所述一种半积分球测样系统的第一种实施方式，将待测样品7置于装样台2上，将安装有光源3、相机4和光谱仪5的半积分球装置1从上至下覆盖在装样台上，使所述装样台2上的待测样品7通过所述高反平面1-5中间开设的圆形通孔伸入所述透光窗盖1-6中；打开光源3，旋转电机1-3旋转反射片1-4至可以将光源3发射的激发光束反射至半积分球体1-2球壁上，激发光束被半积分球体1-2球壁多次漫反射后均匀照射待测样品7；打开相机4，接收待测样品7发出的光学信号，并将其转换为电信号传输给数据处理器6完成样品光学图像输出。

实施例2

本发明提供的一种半积分球测样系统，主要包括半积分球装置1、装样台2、光源3、相机4和光谱仪5，所述半积分球装置1由外壳1-1，半积分球体1-2，旋转电机1-3，反射片1-4，高反平面1-5和透光窗盖1-6组成，可以进行待测样品7的发光量子效率测量。图5示出了所述一种半积分球测样系统的第二种实施方式发光：

第一步，测量半积分球背景发光光谱：

装样台2上不放置待测样品7，直接盖上安装有光源3、相机4和光谱仪5的半积分球装置1，打开光源3，旋转电机1-3旋转反射片1-4至可以将光源3发射的激发光束反射透过透光窗盖1-6照射装样台2后反射回半积分球体1-2中经多次漫反射；打开光谱仪5，收集经半积分球体1-2多次漫反射后的激发光信号，并将其转换为电信号传输给数据处理器6进行半积分球背景光谱输出。

第二步，测量待测样品7发光光谱：

拿起安装有光源3、相机4和光谱仪5的半积分球装置1，将待测样品7置于装样台2上后，重新盖上安装有光源3、相机4和光谱仪5的半积分球装置，打开光源3，发射的激发光束经反射片1-4反射透过透光窗盖1-6照射待测样品7，待测样品7受激发后发射的发光信号在半积分球体1-2内进行漫反射；打开光谱仪5，收集经半积分球多次漫反射后的发光信号，并将其转换为电信号传输给数据处理器6进行样品发光光谱输出。

第三步，发光量子效率计算：

利用数据处理器6对半积分球背景发光光谱和待测样品7发光光谱数据进行处理和计算，获得待测样品7发光量子效率。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半积分球测样系统，其特征在于，所述装置主要包括半积分球装置1；所述半积分球装置1由外壳1-1，半积分球体1-2，旋转电机1-3，反射片1-4，高反平面1-5和透光窗盖1-6组成；所述外壳1-1用于保护所述半积分球体1-2和所述高反平面1-5，所述半积分球体1-2分别在上方开设有一个圆孔、侧面开设有三个圆孔；所述旋转电机1-3安装在所述外壳1-1上，其输出轴从所述半积分球体1-2侧面开设的其中一个圆孔伸入所述半积分球体1-2中，所述反射片1-4与水平方向成一定角度安装在所述旋转电机1-3输出轴上，使得与所述旋转电机1-3输出轴平行入射的激发光被所述反射片1-4反射至所述高反平面1-5中心位置；所述高反平面1-5安装在所述半积分球体1-2下方，所述高反平面1-5中间开设有一个圆形通孔，用于安装所述透光窗盖1-6。

2.根据权利要求1所述的一种半积分球测样系统，其特征在于，所述半积分球体1-2侧面开设的三个圆孔互为90°开设在同一平面上。

3.根据权利要求1所述的一种半积分球测样系统，其特征在于，所述反射片1-4与水平方向成一定角度安装在所述旋转电机1-3输出轴上，使得与所述旋转电机1-3输出轴平行入射的激发光可以被所述反射片1-4反射至所述高反平面1-5中心位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种半积分球测样系统，其特征在于，所述系统还包括装样台2和待测样品7，所述装样台2上方开设有圆形凹槽，工作时，将所述待测样品7放置于所述装样台2上，再将所述半积分球装置盖在其上，使所述装样台2上的待测样品7通过所述高反平面1-5中间开设的圆形通孔伸入所述透光窗盖1-6中进行测试。

5.根据权利要求4所述的一种半积分球测样系统，其特征在于，所述待测样品7放置在所述装样台2上后，通过所述高反平面1-5中间开设的圆形通孔伸入所述透光窗盖1-6中进行检测，所述待测样品7和所述半积分球体1-2之间被透光窗盖1-6阻隔，换样无需打开所述半积分球体1-2。

6.根据权利要求5所述的一种半积分球测样系统，其特征在于，所述系统还包括光源3、相机4和光谱仪5，所述光源3安装在所述半积分球体1-2上与所述旋转电机1-3输出轴伸入圆孔相对的圆孔中；所述相机4安装在所述半积分球体1-2上方开设的圆孔中，所述光谱仪5安装在所述半积分球体1-2侧面与安装所述光源3的圆孔成90°开设的圆孔中。

7.根据权利要求6所述的一种半积分球测样系统，其特征在于，所述系统可以同时获取待测样品7的发光图像和光谱信息，得到待测样品7不同区域的发光光谱。

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