CN204085696U - 色差仪光学系统 - Google Patents

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廖汉忠
肖叔江
张浚灏
杨子明
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Abstract

本实用新型公开了一种色差仪光学系统，包括照明光源、积分球、设置于照明光源与积分球之间的主光路、设置在积分球内的光电探测器，所述主光路为远心聚光照明和柯勒照明组合光路，所述照明光源发出的光经过远心聚光照明和柯勒照明组合光路形成汇聚光，进入积分球内投射至被测物体上，所述积分球对被测物体反射回来的光色信号进行匀化积分，所述光电探测器获取经积分球匀化积分后的光色信号。本实用新型成本低、且节能环保、使用寿命长，符合CIE色差测量标准。

Description

色差仪光学系统
技术领域
本实用新型涉及色差仪。
背景技术
质量控制在任何行业都是非常重要的。同样，颜色的质量控制是品质保证的关键因素之一。正常视力的人可以分辨大约1000万种颜色，为了进行色彩交流，人们希望量化色彩现象，建立色彩标准，用数字来表示颜色。国际照明委员会CIE于1931年起先后规定了标准色度观察者、照明和观察条件、标准光源、标准色空间，标准色差计算公式等条件来评估测量颜色。然而标准照明体，是其中一个难点。
例如，目前CIE标准照明体为D65光源，该光源的色差仪大多为外国牌子，并且使用氙灯作为D65的模拟光源，不仅价格高昂，而且使用寿命较短。
因此，如何提供一种成本低、使用寿命长、符合CIE色差测量标准的、针对照明体D65模拟光源的色差仪光学系统是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提出了一种色差仪光学系统，包括照明光源、积分球、设置于照明光源与积分球之间的主光路、设置在积分球内的光电探测器，所述主光路为远心聚光照明和柯勒照明组合光路，所述照明光源发出的光经过远心聚光照明和柯勒照明组合光路形成汇聚光，进入积分球内投射至被测物体上，所述积分球对被测物体反射回来的光色信号进行匀化积分，所述光电探测器获取经积分球匀化积分后的光色信号。
在一实施例中，还包括用于去除被测物体表面镜面反射光的光阱。
本实施例中，远心聚光照明和柯勒照明组合光路的焦距范围为20mm-30mm;物空间数值孔径为0.15;工作距离的范围为70mm-80mm;光路长度范围为100mm-110mm;远心度小于或等于1.5 度。
远心聚光照明和柯勒照明组合光路包括从照明光源处开始依次设置的第一聚光镜、合光镜、第二聚光镜、第三聚光镜、将第三聚光镜出射的汇聚光反射成与水平方向呈8°入射至积分球内的全反射镜。
合光镜的配光比例为：对380nm～450nm波段的光透过率为30%～40%；对450nm～680nm波段的光透过率80%以上；对波段450nm～550nm反射率15%-20%。
照明光源为发光面相互垂直的两个LED光源，其中一LED光源的色温为4000k-5000k，另一LED光源的主波长为560nm，波段为450nm-550nm，所述第一聚光镜为分别设置在两个LED光源前端的两个第一聚光镜，所述合光镜呈45°角，将分别经过两个第一聚光镜的光束合成一束投射至第二聚光镜。
本实用新型通过两个LED来作为传统的D65光源，不仅符合CIE色差测量标准，并且还使得色差仪的使用寿命更长久。
附图说明
下面，对照附图和较佳实施例对本实用新型进行详细说明，其中：
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的光路设计结构示意图；
图3是远心聚光照明光路的细节放大图；
图4是本实用新型所配比的标准D65光源的光谱曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对实用新型进行详细的说明。应当理解，对具体实施例的说明仅仅用以解释本实用新型提出的技术方案，并非限定本实用新型。
本实用新型的一实施例提出的色差仪光学系统，采用新型LED光源来模拟标准照明体D65光源光谱的一种方式，其优点在于LED光源为绿色光源，不仅驱动稳定，而且使用寿命较长。该色差仪光学系统还采用了远心照明收集光线，以及柯勒照明方法，可以得到均匀的、边界分明的照明光斑，可以对测量样品进行有效光色信号采样处理。
如图1所示，该色差仪光学系统包括照明光源、积分球9、以及设置在照明光源与积分球9之间的主光路，其中积分球9内的侧壁上还设置着光电探测器8，被测物体10水平放置在积分球9的底部，该主光路为远心聚光照明和柯勒照明组合光路，照明光源发出的光经过远心聚光照明和柯勒照明组合光路形成汇聚光，进入积分球9内投射到被测物体10上，然后积分球9对被测物体10反射回来的光色信号进行匀化积分，光电探测器8探测经积分球匀化积分后的光色信号。
在一实施例中，积分球9上还设有光阱7，可以将被测物体10表面镜面反射光去除，只分析被测物体10本身的颜色，当然也可以不设置光阱，此时，可分析被测物体的颜色，并且包括气表面镜面反射光。
如图2、图3所示，本实用新型的远心聚光照明和柯勒照明组合光路采用勒照明方法，可以得到均匀的照明光斑，其各参数如下：
焦距f：20mm=<f<=30mm;
物空间数值孔径NA=0.15;
工作距离：70mm=<WD<=80mm;
系统总长：100mm=<L<=110mm;
远心度：<=1.5 度。
远心聚光照明和柯勒照明组合光路的具体结构包括从照明光源处开始依次设置的第一聚光镜、合光镜3、第二聚光镜4、第三聚光镜5、将第三聚光镜5出射的汇聚光反射至积分球内的全反射镜6。
在本实施例中，照明光源为发光面相互垂直的两个LED光源，其中一LED光源1的色温为4000k-5000k，另一LED光源1’的主波长为560nm，波段为450nm-550nm，第一聚光镜也设置两个，其中一个第一聚光镜2位于LED光源1的前端，另一个第一聚光镜2’位于LED光源1’的前端，合光镜3呈45°角，将分别经过两个第一聚光镜的光束合成一束投射至第二聚光镜4。
如图4所示，合光镜3可以把两个LED光源出射的光配比出标准D65光谱光源。其的配光比例为：对380nm～450nm波段的光透过率为30%～40%；对450nm～680nm波段的光透过率80%以上；对波段450nm～550nm反射率15%-20%。
本实用新型采用LED光源、远心聚光照明光路以及柯勒照明方法，可以得到均匀的照明光斑，通过适当的光学结构参数组合的方式，可以实现对被测物品进行有效的光色信号采样处理。

Claims (6)

1. 一种色差仪光学系统，包括照明光源、积分球、设置于照明光源与积分球之间的主光路、设置在积分球内的光电探测器，其特征在于，所述主光路为远心聚光照明和柯勒照明组合光路，所述照明光源发出的光经过远心聚光照明和柯勒照明组合光路形成汇聚光，进入积分球内投射至被测物体上，所述积分球对被测物体反射回来的光色信号进行匀化积分，所述光电探测器获取经积分球匀化积分后的光色信号。
2. 如权利要求1所述的色差仪光学系统，其特征在于，还包括用于去除被测物体表面镜面反射光的光阱。
3. 如权利要求1或2所述的色差仪光学系统，其特征在于，所述远心聚光照明和柯勒照明组合光路的焦距范围为20mm-30mm;物空间数值孔径为0.15;工作距离的范围为70mm-80mm;光路长度范围为100mm-110mm;远心度小于或等于1.5 度。
4. 如权利要求3所述的色差仪光学系统，其特征在于，所述远心聚光照明和柯勒照明组合光路包括从照明光源处开始依次设置的第一聚光镜、合光镜、第二聚光镜、第三聚光镜、将第三聚光镜出射的汇聚光反射成与水平方向呈8°入射至积分球内的全反射镜。
5. 如权利要求4所述的色差仪光学系统，其特征在于，所述合光镜的配光比例为：对380nm～450nm波段的光透过率为30%～40%；对450nm～680nm波段的光透过率80%以上；对波段450nm～550nm反射率15%-20%。
6. 如权利要求5所述的色差仪光学系统，其特征在于，所述照明光源为发光面相互垂直的两个LED光源，其中一LED光源的色温为4000k-5000k，另一LED光源的主波长为560nm，波段为450nm-550nm，所述第一聚光镜为分别设置在两个LED光源前端的两个第一聚光镜，所述合光镜呈45°角，将分别经过两个第一聚光镜的光束合成一束投射至第二聚光镜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104833656A (zh) * 2015-04-30 2015-08-12 北京环境特性研究所 一种基于积分球的材料镜反射率和漫反射率同时测量方法
CN105509889A (zh) * 2016-01-11 2016-04-20 杭州远方光电信息股份有限公司 一种分光测色仪

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