CN203259477U - 一种荧光粉光学测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种荧光粉光学测量装置，通过设置多个激发光源及其灵活切换实现多种荧光粉激发的测量功能；同时实现对荧光光谱和光度的测量，在光度探头和光谱仪测量精度都很低的情况下，即可实现高精度的照度测量，具有功能强大、线性动态范围宽、测量准确度高、成本低、操作方便且测量结果之间的可比性强等特点。

Description

一种荧光粉光学测量装置

技术领域

本实用新型属于光辐射测量领域，具体涉及一种荧光粉光学测量装置。

背景技术

荧光粉在受到激发光辐射时发射荧光，有些荧光粉如蓄光型荧光粉在辐射停止后还会释放出光能，荧光粉受激发光激发时或激发后的发光性能是荧光粉最重要的参数之一。荧光粉在照明、染料、油漆、塑料、包装材料等各种领域应用广泛，对荧光粉进行准确的光色分析非常重要。

由于不同波长的激发光，荧光粉的激发效率也不同。传统的荧光粉激发装置中激发光的波长较为单一，如253.7nm, 为了得到荧光粉在不同激发光照射下的激发效率，公告号为CN201043952Y公开了一种荧光粉激发光谱测量装置，包括宽波段光源、单色仪、粉盘座和阵列光谱仪，宽波段光源入射到单色仪中，单色仪通过转动光栅，将不同单色光照射到装置荧光粉的粉盘上，光谱仪在一定的角度(如45o)上测量激发光和荧光的混合光谱。上述激发装置不仅结构复杂，而且宽波段光源和单色仪价格昂贵，成本较高；单色仪发射的单色光与实际应用中的光源的光谱可能存在一定的差异，导致测量结果不准确；另外，测量过程中，需要转动光栅调试得到不同波长的单色光，耗时长。

现有的荧光测量装置或者仅利用光谱仪测量荧光，或者仅利用光度计测量荧光。前者虽然不存在光谱失匹配误差，但由于光谱仪的线性动态范围较窄，无法得到大大跨度动态范围内的准确度的光度值；然而，后者在大跨度动态范围内虽然具有极好的线性，但光谱失匹配是影响准确测量光度量的重要因素，即使现有实验室级别的光度探头也会由于光谱失匹配而带来较大的测量误差，难以满足高精度测试要求。

此外，相同光源对不同荧光粉的激发效率也不同，现有技术中，如果利用同一个荧光粉激发装置实现相同光源对于不同荧光粉的激发，每进行一次测量，均需要替换不同的粉盘，操作十分繁琐且效率低；或者利用多个荧光粉激发装置分别测量相同光源对不同荧光粉的激发，但是多个荧光粉激发装置价格昂贵，特别是每个荧光粉激发装置中均包括一个精密测光装置，如高精度快速光谱辐射计，致使整个测量成本非常高，成本和效率不能兼顾；而且各个测量装置之间存在不同程度的差异，各个测量结果之间的可比性较差。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种可提供各种不同激发光的荧光粉激发装置，具有结构简单、操作方便、适用范围广、测量准确度和可靠性好等特点。

本实用新型所述的一种荧光粉光学测量装置是通过以下技术方案实现的。一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，包括两个或者两个以上激发光源、工作粉盘和两个或两个以上的测光装置，所述的激发光源中心与工作粉盘中心的连线与工作粉盘的中心轴线成一定夹角；一路或者多路激发光源发出的激发光通过电切换和/或者机械切换的方式照射到工作粉盘上，测光装置接收来自粉盘处的光线。

测量时，工作粉盘上放置待测荧光材料，通过电切换的方式，如通过控制某一个或者某几个激发光源接通电源的方式，来控制激发光；或者通过机械切换的方式，如利用机械挡光或者导光的方式，将某一路或者某几路光源切离或者导入到工作粉盘上；位于工作粉盘上的荧光粉在一路或者几路激发光的照射下发出荧光，从工作粉盘处发出的光线为激发光反射光线与荧光的混合光线，该混合光线被导入到设置在工作粉盘之后的光路上的测光装置中测量分析。

需要指出的是，激发光源中心与工作粉盘中心的连线与工作粉盘的中心轴线成一定夹角，这里的夹角可以相同，多个激发光源可位于与工作粉盘的中心轴线成45度夹角的空间方向上，此时测光装置可位于工作粉盘的中心轴线上，各个激发光源均位于与工作粉盘的45度夹角的位置上，激发光源从45方向照射工作粉盘上的荧光粉发出发射光，测光装置从垂直方面接收激发光和发射光的混合光线，从而实现CIE 45/0照明观测条件；或者多个激发光源中心与工作粉盘中心的连线与工作粉盘的中心轴线的夹角不同，满足不同的测试需求。此外，即使多个激发光源中心与工作粉盘中心的连线与工作粉盘的中心轴线成相同的角度，相对于测量工位，它们可以位于与工作粉盘相同距离的同一圆周上，也可以与工作粉盘的相对距离也可不同，即不在同一个圆周上。

本实用新型中，多个激发光源可以是相同或者不同的激发光源，激发光源可以紫外光源、LED灯或者其它类型的光源的任何组合；工作粉盘上可设置不同的荧光粉，如卤磷酸钙荧光粉、紫外光源荧光粉、稀土三基色荧光粉、高压汞灯荧光粉等，多个激发光源和粉盘可灵活配合，实现多样的测量功能。

（1）多个激发光源为不同的激发光源，测量时，机械切换装置不同的激发光源照射到相同工位的荧光粉上，即可实现不同激发光源对相同荧光粉的激发测量，这激发光源可灵活选择，如可以选择波段依次增加或减小的激发光源，以实现不同波长的激发光对相同荧光粉的激发效率测量。

（2）相同的激发光源可照射到装载不同荧光粉的粉盘上，实现相同激发光源对不同荧光粉的激发测量。

（3）不同的激发光源可照射到装载不同荧光粉的粉盘上，即可实现不同激发光源对不同荧光粉的激发测量。例如，若要得到白光LED，LED和荧光粉可灵活配置。激发光源可为不同LED，各个粉盘工位上装载不同的荧光粉，可实现不同的激发测量。

本实用新型中，通过电切换或者机械切换的方式，机械切换装置可以将多路激发光导入到工作粉盘上，各激发光光源的混合光线照射到荧光粉上；多个激发光源可任意组合，以提供更多类型光谱成分的激发光，提升测量功能的多样性。例如，各个激发光源为单色光，通过机械切换装置将一路光线照射到荧光粉上，利用单色光激发测量法进行测量；若通过机械切换装置将多路光线混合，多个单色光混合后的复合光照射到荧光粉上，利用复合光照射测量法进行测量。

相比于现有技术，本实用新型采用多个激发光源和粉盘的灵活配置，即可实现多种荧光粉激发的测量功能，具有成本低、适用范围广、操作方便且测量结果之间的可比性强；而且由于可以选择实际的激发光源来激发荧光粉，测量结果准确、可靠。

本实用新型还可以通过以下技术方案进一步限定和完善：

作为优选，包括两个测光装置，分别为光谱仪和光度探头，光谱仪和光度探头的光接收面并列设置，且光谱仪和光度探头的光敏面处于同一平面或者成一定的夹角设置。光谱仪和光度计相互结合，测试混合光线的光谱特性和光度特性，光谱仪和光度探头的光敏面成一定的夹角设置，以使得光谱仪光敏面的光轴和光度探头的光轴相接近，以保证测量结果的准确性。利用光谱仪的测量结果可校正光度探头的光谱失匹配效应，不仅测量方便，且可通过相互校正实现极高的测量准确度。实际上，本发明还可以包括多个测光装置，将多个测光装置并列设置在粉盘之后的光路上，测光装置可灵活组合，各个测光装置同时接收来自粉盘的激发光反射光线与荧光的混合光线，仅需一次光信号采样即可以实现不同的测量目的，大幅提高测试效率；而且还可利用各个测试功能之间的优势，提高测量准确度。如光谱仪和成像亮度计的组合，用以测量混合光线的光谱特性和成像亮度信息。

作为一种技术方案，包括取样装置，所述的取样装置包括一个取样端和两个或两个以上测量端，所述的取样端接收来自工作粉盘的光线，所述测光装置接收来自测量端的光线。设置在粉盘之后的光路上，取样装置将来自粉盘的光线分光至各个测光装置中。在工作粉盘之后的光路上设置取样装置，该取样装置为分光器或者分叉光纤或者可获得多路光束的分光半透半反镜或者分光半透半反镜组，取样端采集来自粉盘处的光线，再经测量端将光线导入到各个测光装置中分析、测量，该技术方案中，测光装置可以设置多个，且测量几何条件相同。需要说明的是，本实施例中的多个测光装置的位置可以根据测量端的位置具体确定，各个测光装置的光接收面无需并列设置。

作为优选，所述的工作粉盘设置在多工位粉盘架上，多工位粉盘架上放置被测荧光材料、和/或标准荧光粉、和/或高反射材料、和/或漫反射材料。相应的粉盘分别称为荧光粉盘、标准粉盘、参考粉盘和标准白板，荧光粉盘内装载被测荧光粉，标准封盘内装载与测量工位上的荧光粉为同类荧光粉，参考粉盘装载漫反射板或者由漫反射粉末压制而成的材料。实际上，本发明中的多工位粉盘架可根据需要装载不同的荧光粉或者其它材料的粉盘，以满足不同的测量需求。

当多工位粉盘架上包括放置漫反射板或者由漫反射粉末压制而成的材料（如硫酸钡）的参考粉盘，该参考粉盘可与参考激发光源相配合，实现光谱定标，有效校正测光装置的测量误差。例如，测光装置为光谱仪，参考激发光源为标准白光LED，参考粉盘内放置压紧的高反射率硫酸钡粉末，手动或者电动使得参考粉盘位于导光装置处，该参考激发光源发出的参考光照射到参考粉盘上，硫酸钡粉末将参考光充分漫反射，参考光再进入测光装置进行测量。分别利用参考激发光源和激发光源照射到参考粉盘上，即可校正由于测光装置自身以及其它中间导光过程带来的误差，从而大幅提高测量准确度。

当多工位粉盘架上包括标准粉盘，该标准封盘和工作粉盘上的荧光粉是同类荧光粉，可用以进行荧光粉相对亮度定标。相对亮度的定标和测量过程如下：标准粉盘上设置与测量工位上同类的荧光粉，分别用某一激发光照射标准粉盘和工作粉盘，利用测光装置两次的测量结果相比较，即可完成相对亮度定标。

当多工位粉盘架上包括用以进行荧光粉外量子效率定标的标准白板。外量子效率的定标和测量过程如下：利用激发光源分别照射标准白板，标准白板的反射率视为100%，即激发光源被全部反射到测光装置中，记录测光装置的响应值N1；再利用激发光源照射工作粉盘，从测光装置的影响值区分荧光的响应值，记为N2，则荧光粉的外量子效率为N2/N1。

作为优选，所述的激发光源包括测量激发光源和参考激发光源，所述的参考激发光源为卤钨灯或者色温标准灯或者光谱辐照度标准灯或者标准白光LED或者激发光源的同类光源。参考激发光源的选择灵活性强，可根据具体需要或者激发光源的类型来确定。这里的同类光源指的是：与测量激发光源具有相同或者相似光谱组成成分的光源。这里的参考激发光源若光谱功率分布已知，利用上述技术方案即可进行光谱定标，具体定标过程如下：利用已知光谱功率分布的参考激发光源照射参考粉盘，利用测光装置，如光谱仪，接收激发光的反射光线，利用已知的参考激发光源的光谱功率分布对光谱仪测得的光谱功率进行定标，即可完成光谱定标。

作为优选，包括多路导光装置和机械切换装置，所述的多路导光装置包括多个入光口，激发光源设置在入光口处，机械切换装置位于入光口之后、工作粉盘之前的光路上，机械切换装置将一路或多路激发光导入到工作粉盘上，激发光反射光和荧光的混合光线被导入到测光装置中。该技术方案是提供一种激发光源机械切换的方式，测量时，一个或者多个激发光源在各个入光口处发出激发光，机械切换装置将一路或者多路激发光导入到工作粉盘上，工作粉盘上的荧光粉在激发光的照射下发出荧光，激发光反射光和荧光的混合光线经导光装置导入到测光装置中测量分析。

作为优选，包括切换驱动机构，所述的切换驱动机构与机械切换装置电连接，切换驱动机构带动机械切换装置将一路或者多路激发光导入到工作粉盘上。这里的机械切换装置为挡光盘，挡光盘上设置快门，快门的数量可根据光源的数量灵活选择，可一一对应，如激发光源和参考激发光源的总数为四个，则挡光盘上则可对应设置四个快门，以一一控制光源的光线切入或者切离光路。切换驱动机构通过控制机械切换装置上快门的开合，从而实现将激发光源导入到工作粉盘上，例如：若切换驱动机构仅控制机械切换装置上某一个快门开通，仅通过该快门的激发光可以导入到工作粉盘上，从而激发工作粉盘上的荧光粉发出发射光；若切换驱动机构驱动机械切换装置上某几个快门同时开通，通过各个快门的多路激发光同时导入到工作粉盘上，多路激发光的混合光线激发工作粉盘上的荧光粉发出发射光。

作为优选，包括粉盘驱动机构，所述的粉盘驱动机构与多工位粉盘架电连接，粉盘驱动机构将不同的粉盘驱动至工作粉盘处。实际切换粉盘时，可通过手动方式转动粉盘，分别将不同工位上的粉盘驱动至工作粉盘处；或者通过电动的方式转动粉盘，粉盘驱动机构带动多工位粉盘架转动，以实现不同荧光粉的受激发射测量。

上述的切换驱动机构或粉盘驱动机构均可包括转动机构和传动机构；所述的转动机构为电机或电动按钮或转动手柄，所述的传动机构为减速器、或齿轮和链条、或皮带和皮带轮。即驱动机构的方式选择灵活，可根据实际机械设计的需要和操作方便性选择不同的驱动方式。

作为优选，包括控制器，所述的控制器与切换驱动机构、粉盘驱动机构和测光装置均电连接，用以对各个机构进行控制。在控制器的控制下，切换驱动机构可智能实现将指定的一路或者多路激发光照射到工作粉盘上；粉盘驱动机构可将不同的粉盘驱动至工作粉盘处，进行受激测试；测光装置将测得的光信息传送至控制器中，控制器分析、处理采集的数据信息；在利用参考粉盘时，控制器还可实现测光过程中的误差校正，提高测量准确度。

作为一种技术方案，所述的激发光源设置在光源座上，所述的光源座上安装一个或者多个激发光源。光源座上可设置多个光源，测量时，激发光源发光源转动到入光口处，同时也可以配合多工位粉盘架的转动，实现不同激发光源对不同荧光粉的激发测量。该设置不仅能够最大化测量装置的功能集成化，更为重要的是，此种光源变换方式中，光源的发光方向均为一个方向，各个光源的测试条件严格一致，测试结果可比性强。需要指出的是，整个激发测量装置中可以包括一个或者多个光源座，光源座可拆卸、替换，以提供多样的测量方案。

作为一种技术方案，包括一个或者多个光阑，所述的光阑设置在激发光源座和机械切换装置之间，用于调节激发光照度。

综上所述，本实用新型通过多个激发光源和粉盘的灵活配置，即可实现多种荧光粉激发的测量功能；同时实现对荧光光谱和光度的测量，在光度探头和光谱仪测量精度都很低的情况下，即可实现高精度的照度测量，具有功能强大、线性动态范围宽、测量准确度高、成本低、操作方便且测量结果之间的可比性强等特点。

附图说明

附图1是实施例1的示意图；

附图2是实施例1 的机械切换装置的示意图；

附图3是实施例1的电连接关系示意图；

附图4是实施例1的多工位粉盘的示意图；

附图5是实施例2的示意图；

附图6是实施例3的激发光源座的示意图。

1-激发光源；1-1-测量激发光源；1-2-参考激发光源；2-工作粉盘；2-1-标准白板；2-2-参考粉盘；2-3-标准粉盘；3-多路导光装置；3-1-入光口；3-2-出光口；4-机械切换装置；5-测光装置；6-多工位粉盘架；7-切换驱动机构；8-粉盘驱动机构；9-控制器；10-取样装置；10-1-取样端；10-2-测量端；11-光源座；12-光阑；13-。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种荧光粉光学测量装置，包括4个激发光源1，4个光源座11、工作粉盘2、多路导光装置3、机械切换装置4、测光装置5、多工位粉盘架6和控制器9，本实施例中的工作粉盘2设置在多工位粉盘架6上，每个光源座11上均设置一个激发光源1，本实施例中包括3个测量激发光源1-1和1个参考激发光源1-2，多路导光装置3包括4个入光口3-1、1个出光口3-2，测量激发光源1-1和参考激发光源1-2均设置在入光口3-1处，机械切换装置4位于入光口3-1之后、多工位粉盘之前的光路上。

4个光源座11均位于与工作粉盘2的中心轴线成45度夹角的空间方向所形成的同一圆周上；测光装置5位于工作粉盘2的中心轴线上。各个激发光源1均位于与工作粉盘2的45度夹角的位置上，激发光源1从45方向照射工作粉盘2上的荧光粉发出发射光，测光装置5从垂直方面接收激发光和发射光的混合光线，从而实现CIE 45/0照明观测条件。

如图2所示，机械切换装置4为挡光盘，挡光盘上设置4个快门，4个快门分别与4个入光口3-1一一对应；这里包括两个测光装置5，分别为光谱仪5-1和光度探头5-2，光谱仪5-1和光度探头5-2的光敏面成一定的夹角设置，以使得光谱仪5-1光敏面的光轴和光度探头5-2的光轴相接近，以保证测量结果的准确性。

如图3所示，本实施例还包括切换驱动机构7、粉盘驱动机构8，切换驱动机构7与机械切换装置4电连接，粉盘驱动机构8与多工位封盘电连接，测光装置5、切换驱动机构7、粉盘驱动机构8均与控制器9电连接。

测量时，在切换驱动机构7的带动下，机械切换装置4将一路或多路激发光导入到多工位粉盘2上的测量工位6处，粉盘驱动机构8带动多工位粉盘将不同工位上的粉盘驱动至多路导光装置3处，激发光反射光和荧光反射光的混合光线经出光口3-2导入到光谱仪5-1和光度探头5-2中，光谱仪5-1和光度探头5-2同时测量混合光线，光谱仪5-1的测量结果可用来校正光度探头5-2的光谱失匹配效应，测量方便且准确度高。

本实施例中，可通过切换驱动机构7和粉盘驱动机构8的灵活驱动，实现不同的测量方案。各个光源座11上安装不同的激发光源1，在切换驱动机构7的带动下，机械切换装置4将不同的激发光源1导入到多工位粉盘上的测量工位6处，不同的激发光源1照射到相同工位的荧光粉上，即可实现不同激发光源1对相同荧光粉的激发测量；在粉盘驱动机构8的驱动下，相同的激发光源1可照射到不同的荧光粉上，实现相同激发光源1对不同荧光粉的激发测量；在切换驱动机构7和粉盘驱动机构8的共同驱动下，不同的激发光源1可照射到不同工位的不同荧光粉上，即可实现不同激发光源1对不同荧光粉的激发测量。

如图4所示，多工位粉盘架6上还设置了参考粉盘2-2，在参考粉盘2-2处放置高反射率的硫酸钡粉末压制而成的材料；参考激发光源1-2设置在入光口3-1处，参考激发光源1-2为卤钨灯，卤钨灯发出的参考光经机械切换装置5导入到参考粉盘2-2上。参考粉盘2-2与参考激发光源1-2配合使用，可进行光谱定标。实际测试时，参考激发光源1-2发出的参考光经入光口3-1进入，利用机械切换装置4使得该参考激发光源1-2发出的参考光照射到参考粉盘2-2上，硫酸钡粉末将参考光充分漫反射，参考光再经出光口3-2进入测光装置5进行测量；分别利用参考激发光源1-2和测量激发光源1-1照射到参考粉盘2-2上，即可校正由于测光装置5自身以及其它中间导光过程带来的误差，从而大幅提高测量准确度。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1不同的是，包括取样装置10，取样装置10包括一个取样端10-1和两个测量端10-2，所述的取样端10-1接收来自工作粉盘2的光线，光谱仪5-1和光度探头5-2分别接收两个测量端10-2的光线。

本实施例中的光谱仪5-1和光度探头5-2的位置可以根据测量端10-2的位置具体确定，两者的光接收面无需并列设置。

实施例3

如图,6所示，本实施例与实施例1不同的是，所述的光源座11为多工位光源座，同一光源座11上设置6个激发光源1。

测量时，激发光源1或者参考激发光源1-2通过电动的方式自动转动到入光口3-1处，机械切换装置4将此时位于入光口3-1处的光源发出的光线导入到工作粉盘2中，激发位于工作粉盘2上的荧光粉发出发射光。重复上述步骤，即可实现不同激发光源1到同一荧光粉的激发测量；通过转动多工位粉盘架6，还可实现同一激发光源1对不同荧光粉的激发测量。

需要指出的是，整个测量装置中可以包括一个或者多个光源座11，光源座11可拆卸、替换，以提供多样的测量方案。

Claims (9)

1.一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，包括两个或者两个以上激发光源(1)、工作粉盘(2)和两个或两个以上的测光装置(5)，所述的激发光源(1)中心与工作粉盘(2)中心的连线与工作粉盘(2)的中心轴线成一定夹角；一路或者多路激发光源(1)发出的激发光通过电切换和/或者机械切换的方式照射到工作粉盘(2)上，测光装置(5)接收来自工作粉盘(2)处的光线。

2.如权利要求1所述的一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，包括两个测光装置(5)，分别为光谱仪(5-1)和光度探头(5-2)，光谱仪(5-1)和光度探头(5-2)的光接收面并列设置。

3.如权利要求1或2所述的一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，包括取样装置(10)，所述的取样装置(10)包括一个取样端(10-1)和两个或两个以上测量端(10-2)，所述的取样端(10-1)接收来自工作粉盘(2)的光线，所述测光装置(5)接收来自测量端(10-2)的光线。

4.如权利要求1所述的一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，所述的工作粉盘(2)设置在多工位粉盘架(6)上。

5.如权利要求3所述的一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，所述的激发光源(1)包括测量激发光源(1-1)和参考激发光源(1-2)，所述的参考激发光源(1-2)为卤钨灯或者色温标准灯或者光谱辐照度标准灯或者标准白光LED或者激发光源的同类光源。

6. 如权利要求1所述的一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，包括多路导光装置(3)和机械切换装置(4)，所述的多路导光装置(3)包括多个入光口(3-1)，激发光源(1)设置在入光口(3-1)处，机械切换装置(4)位于入光口(3-1)之后、工作粉盘(2)之前的光路上，机械切换装置(4)将一路或多路激发光导入到工作粉盘(2)上。

7.如权利要求6所述的一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，包括切换驱动机构(7)，所述的切换驱动机构(7)与机械切换装置(4)连接，切换驱动机构(7)带动机械切换装置(4)将一路或者多路激发光导入到工作粉盘(2)上。

8.如权利要求4所述的一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，包括粉盘驱动机构(8)，所述的粉盘驱动机构(8)与多工位粉盘架(13)电连接，粉盘驱动机构(8)将不同的粉盘驱动至工作粉盘(2)处。

9.如权利要求5所述的一种荧光粉光学测量装置，其特征在于，所述的机械切换装置(4)为挡光盘，挡光盘上设置快门。

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