CN208537404U - 一种分光测色装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分光测色装置，包括机壳，在机壳一端设有用于对被测样品采样的采样口，机壳内部设有照明光源，且照明光源光轴与采样口中心法线成45°或与采样口中心法线重合；对应地，在采样口中心法线方向或与采样口中心法线呈45°方向的反射光路上依次设有透镜、可切换的视场光阑、以及设置于透镜的像方焦平面上的孔径光阑；被测样品测试区域的反射光线通过透镜和视场光阑后入射至孔径光阑面，孔径光阑处的光线进入光谱测量装置中进行测量；本实用新型通过可切换视场光阑以及孔径光阑在透镜像方焦平面上的设计，不仅方便的实现了不同测试视场的切换，并且极大提高系统的稳定性和复现性，广泛应用于样品表面的光学特性测试和评估。

Description

一种分光测色装置

【技术领域】

本实用新型涉及光辐射测量领域，具体设计一种分光测色装置。

【背景技术】

反射率、颜色以及光泽等光学参数是用来衡量纺织、印染、纸张、涂料等材料表面光学特性的重要参数，其中，分光测色仪是用来评价材料或样品表面光学特性的常用仪器。对于物体表面颜色测量，目前分光测色仪常采用的几何用D/8照明测量几何以及45/0照明测量几何，其中45/0照明测量几何由于与人眼观察物体的颜色感觉更为相近，被认为是可以获得与人眼感觉非常相近的测量结果。为了确保测试结果的准确性以及可信度，设备的测量重复性是非常重要的指标。现有的分光测色仪通常在测试光路中通过成像透镜将被测样品表面的反射光线成像至探测器表面进而实现测量。

然而，在实际测量中，现有分光测试设备却往往会因为样品表面的纹理以及设备部件实际加工的公差导致被测样品实际的成像位置与设计出现偏差，进而导致设备的测试重复性较差，对于合理评估样品的表面特性造成困扰；另一方面，由于实际测试样品大小不一，或者表面有印花，为了获得各区域的颜色信息，往往需要调整光学测试装置的视场角，实现不同大小的样品测试区域。为实现该需求，现有设备中视场角的调节一般是通过在测试光路的光轴上移动成像透镜的位置进而实现视场的调节，该方案往往导致设备的体积较大，且透镜往往难以准确调焦，光收集率不高，影响测量灵敏度。

【实用新型内容】

鉴于现有技术中的不足，本实用新型旨在提供一种分光测色装置，采用特殊的光学设计，不仅可以降低由于实际测试中样品贴合紧密度以及工艺偏差导致的测量误差，极大的提高测试设备的测量复现性，另一方面，通过合理的设置，不通过透镜的移动即可根据不同的测试样品进行测试视场的切换。

本实用新型可以通过以下技术实现，一种分光测色装置，包括机壳，其特征在于，所述机壳一端设有用于对被测样品采样的采样口；所述机壳内部设有照明光源，且所述照明光源的光轴与采样口的中心法线成45°夹角或者所述照明光源的光轴与采样口中心法线重合；对应地，在沿采样口中心法线0°方向或与采样口中心法线呈45°方向的被测样品反射光路上依次设有透镜、视场光阑、孔径光阑，且所述孔径光阑位于透镜的像方焦平面上；被测样品测试区域的反射光线依次通过透镜和视场光阑后入射至所述孔径光阑面；还包括光谱测量装置，所述的光谱测量装置的光输入端设置于所述孔径光阑位置。

本方案中通过在被测样品反射光路中依次设置透镜、可切换视场光阑、以及在透镜的像方焦平面上的孔径光阑，一方面通过视场光阑的切换可以实现不同测试视场的调节和切换，避免了传统设备中通过透镜移动进行视场切换方案存在的设备设计体积较大以及由此带来的测量误差问题，另一方面，通过孔径光阑在透镜像方焦平面上的设计，提高系统的测量稳定性和光能效，并且降低了实际测试中由于样品贴合采样口的紧密程度不同以及机壳制作工艺中存在的设计偏差对测试结果的影响，提高测试的重复性，可广泛应用于样品表面的光学特性，包括颜色、反射率、光泽等光学特性的合理、准确评估。

本方案中可以采用45/0或0/45的照明测试几何。

当采用45/0的照明测试几何时，照明光源以45°照射角照射被测样品测试区域，与此同时，在沿采样口中心法线0°方向上依次设置透镜、视场光阑以及在透镜的像方焦平面上设置孔径光阑，被测样品测试区域的反射光线依次通过透镜和视场光阑后入射至所述孔径光阑面；进一步的，孔径光阑处的光线由光谱测量装置接收测量；

当采用0/45的照明测试几何时，照明光源沿被测样品测试区域中心法线0°方向照射样品测试区域，且在与采样口中心法线呈45°方向的被测样品反射光路上依次设有透镜、可切换的视场光阑、以及在透镜的像方焦平面上设置孔径光阑；被测样品测试区域的反射光线依次通过透镜和视场光阑后入射至所述孔径光阑面；进一步的，孔径光阑处的光线由光谱测量装置接收测量。

本实用新型可以通过以下技术方案进行进一步的限定和完善：

作为一种技术方案，所述的视场光阑的尺寸连续可调。本方案中所述的视场光阑的尺寸可通过手动或自动方式实现连续调节。作为优选，还包括驱动视场光阑尺寸连续调节的驱动电机。

作为一种技术方案，所述的视场光阑包括两个或两个以上具有不同尺寸和/或不同形状的可切换的视场光阑。本方案中通过两个或两个以上不同尺寸和/或不同形状的视场光阑的切换，进而满足不同样品对不同测试视场的测量需求；所述的视场光阑可通过手动或自动方式实现切换。作为优选，还包括驱动视场光阑自动切换的驱动电机。

上述方案中，所述的视场光阑的形状可为圆形、矩形、三角形、梯形等形状。

作为一种技术方案，还包括两个及以上具有不同尺寸和/或不同形状取样孔的取样板，且所述取样板紧贴设置在被测样品和采样口之间。本方案中被测样品紧贴取样板设置，取样板紧贴采样口设置；且根据不同样品的测试需要，本方案中包括两个和两个以上既有不同尺寸和/或不同形状取样孔的取样板，满足各种表面特征的样品测试需求。

作为一种技术方案，所述的照明光源包括一个或一个以上的照明光源，且所述照明光源包括但不限于标卤钨灯和/LED光源。作为优选，所述的照明光源为标准A光源和/或标准D65光源和/或白光LED光源和/或窄带LED光源。

作为上述方案的一种实施方式，还包括控制各照明光源独立开启、关闭以及发光调节的光源控制单元。由于测试不同的样品，如含荧光和不含荧光样品的颜色测试中，对于光源光谱的需求不同。因此本方案中通过光源控制单元独立控制和调节各个照明光源的发光强度和光谱，进而使得照明光源发出指定谱线的光线。

作为上述技术方案的一种实施方式，当包含两个照明光源时，所述的照明光源沿被测样品测试区域中心法线呈双向对称设置，且两个照明光源均以45°的照明几何照射被测样品测试区域；

作为上述技术方案的一种实施方式，当包含三个及以上的照明光源时，所述的照明光源沿被测样品测试区域中心法线呈圆周分布设置，且所有照明光源均以45°的照明几何照射被测样品测试区域；

作为上述技术方案的一种实施方式，所述的照明光源为环带照明光源。环带照明几何可以将样品质地好方形选择性反射影响降至最低。

作为一种技术方案，所述的光谱测量装置的入射狭缝位于所述的孔径光阑位置；或者所述的光谱测量装置的光纤输入端位于所述视场光阑位置，且孔径光阑处的出射光通过光纤传输至所述光谱测量装置内部。

作为一种技术方案，所述机壳内部还设有一个及以上的第二照明光源以及用于接收第二照明光源经被测样品作用后的反射光线的光度探测模块。本方案中包含一个及以上的第二照明光源、与第二照明光源一一对应设置且用来接收第二照明光源经被测样品作用后的反射光线的光度探测模块；第二照明光源以及光度探测模块的设置使设备同时可以对被测样品的光泽特性进行测量评估；本方案中所述的照明光源以20°、45°、60°、75°、85°等角度入射至被测样品测试区域，与此同时，在被测样品对照明光源镜面反射方向对应设置光学探测模块；作为上述方案的优选，所述的光度探测模块为光电池、光电二极管以及硅光电池。

【附图说明】

附图1为实施例1中本实用新型装置示意图；

附图2为实施例1-5中视场光阑示意图；

附图3为实施例1-5中取样板示意图；

附图4为实施例2中本实用新型装置示意图；

附图5为实施例3中本实用新型装置示意图；

附图6为实施例4中本实用新型装置示意图；

附图7为实施例5中本实施新型装置示意图；

1-机壳；1-1-采样口；2-照明光源；3-透镜；4-视场光阑；5-孔径光阑；6-光谱测量装置；6-1-入射狭缝；6-2-光纤；7-取样板；7-1-取样孔；8-第二照明光源；9-光度探测模块；

【具体实施方式】

实施例1

如图1、2、3所示，本实施例公开一种分光测色装置，包括机壳1，且在机壳1一端设有采样口1-1，被测样品通过带有取样孔7-1的取样板7紧贴设置在采样口1-1处；在机壳1内部设有照明光源2，所述的照明光源2以45°照射方向照射在被测样品表面，对应的，在沿采样口1-1中心法线0°方向依次设有透镜3、可切换的视场光阑4、以及设置于透镜3像方焦平面上的孔径光阑5，被测样品测试区域的反射光线通过透镜3和可切换视场光阑4后入射至孔径光阑5面上，进一步的，所述孔径光阑5处的光线由光谱测量装置6的入射狭缝6-1进入到光谱测量装置6内部进行测量；本实施例中所述的可切换视场光阑4包含3个不同尺寸和形状的视场光阑5(如图2)，并且通过驱动电机实现视场光阑5的自动切换；本实施例中包含多个具有不同形状和尺寸取样孔7-1的取样板，根据不同的测试样品需要可自由选择；此处所述的照明光源2为标准A光源。

实施例2

如图2、3、4所示，本实施例公开一种分光测色装置，包括，包括机壳1，且在机壳1一端设有采样口1-1，被测样品通过带有取样孔7-1的取样板7紧贴设置在采样口1-1处；在机壳1内部呈圆周分布设有六颗照明光源2，且照明光源2中包含一个卤钨灯、一颗白光LED、一颗紫外LED、一颗蓝光LED、一颗绿光LED、一颗红光LED，且所有的照明光源2均可通过光源控制单元(图中未画出)进行独立的开启、关闭以及光强调节，所有的照明光源2均以45°照射方向照射在被测样品表面，对应的，在沿采样口1-1中心法线0°方向依次设有透镜3、可切换的视场光阑4、以及设置于透镜3像方焦平面上的孔径光阑5，被测样品测试区域的反射光线通过透镜3和可切换视场光阑4后入射至孔径光阑5面上，进一步的，所述孔径光阑5处的光线由光纤6-2进一步将光线传导至光谱测量装置6内部进行测量；本实施例中所述的可切换视场光阑4包含3个不同尺寸和形状的视场光阑5(如图2)，并且通过驱动电机实现视场光阑5的自动切换；本实施例中包含多个具有不同形状和尺寸取样孔7-1的取样板，根据不同的测试样品需要可自由选择；

实施例3

如图2、3、5所示，本实施例公开一种分光测色装置，与实施例2唯一的不同之处在于，机壳1内的照明光源2为环带照明光源，其余设置与实施例2相同。

实施例4

如图2、3、6所示，本实施例公开一种分光测色装置，与实施例2不同之处在，在机壳1内部还设有两个第二照明光源8，且所述的两个第二照明光源8分别以60°、75°照射被测样品，与此同时，两个第二照明光源8关于采样口1-1中心法线对称位置的光路上还分别设有两个光度探测模块9，所述的两个光度探测模块9接收来自于被测样品对照明光源照射光线的镜面反射光线，进而可以分析被测样品的光泽度参数；本实施例同时具备颜色、反射率以及光泽测试功能。

实施例5

如图2、3、7所示，本实施例公开一种分光测色装置，与实施例1的不同之处在，本实施例采用的是0/45的照明测试几何，即照明光源2设置在采样口中心法线0°方向，对应的，在与采样口1-1中心发现成45°的反射光路上依次设有透镜3、可切换的视场光阑4、以及设置于透镜3像方焦平面上的孔径光阑5，被测样品测试区域的反射光线通过透镜3和可切换视场光阑4后入射至孔径光阑5面上，进一步的，所述孔径光阑5处的光线由光谱测量装置6的入射狭缝6-1进入到光谱测量装置6内部进行测量；其余设置与实施例1相同。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本实用新型的范围，本实用新型的保护范围是由随附的权利要求书限定，任何在本实用新型权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分光测色装置，包括机壳(1)，其特征在于，所述机壳(1)一端设有用于对被测样品采样的采样口(1-1)；所述机壳(1)内部设有照明光源(2)，且所述照明光源(2)的光轴与采样口(1-1)中心法线成45°夹角或者所述照明光源(2)的光轴与采样口(1-1)中心法线重合；对应地，在沿采样口(1-1)中心法线方向或与采样口(1-1)中心法线成45°方向的被测样品反射光路上依次设有透镜(3)、视场光阑(4)、孔径光阑(5)，且所述孔径光阑(5)位于透镜(3)的像方焦平面上；被测样品测试区域的反射光线依次通过透镜(3)和视场光阑(4)后入射至所述孔径光阑(5)面；还包括光谱测量装置(6)，所述的光谱测量装置(6)的光输入端设置于所述孔径光阑(5)位置。

2.如权利要求1所述的分光测色装置，其特征在于，所述的视场光阑(4)的尺寸连续可调，或者所述的视场光阑(4)包括两个或两个以上具有不同尺寸和/或不同形状的可切换的视场光阑(4)。

3.如权利要求1所述的分光测色装置，其特征在于，还包括两个及以上具有不同尺寸和/或不同形状的取样孔(7-1)的取样板(7)，且所述取样板(7)紧贴设置在被测样品和采样口(1-1)之间。

4.如权利要求1、2或3所述的分光测色装置，其特征在于，所述的照明光源(2)包括一个或一个以上的照明光源(2)，且所述的照明光源(2)包括但不限于卤钨灯和/或LED光源。

5.如权利要求4所述的分光测色装置，其特征在于，还包括控制各照明光源(2)独立开启、关闭以及发光调节的光源控制单元。

6.如权利要求4所述的分光测色装置，其特征在于，所述的照明光源(2)为环状照明光源；或者所述的照明光源(2)关于采样口(1-1)中心法线呈对称设置或者圆周分布设置。

7.如权利要求1所述的分光测色装置，其特征在于，所述的光谱测量装置(6)的入射狭缝(6-1)位于所述的孔径光阑(5)位置；或者所述光谱测量装置(6)的光纤(6-2)输入端位于所述的孔径光阑(5)位置。

8.如权利要求1所述的分光测色装置，其特征在于，所述机壳(1)内部还设有一个及以上的第二照明光源(8)以及对应接收第二照明光源(8)经被测样品作用后的反射光线的光度探测模块(9)。

9.如权利要求8所述的分光测色装置，其特征在于，所述的光度探测模块(9)为硅光电池或光电池。

10.如权利要求1-3、5-9中任意一项所述的分光测色装置，其特征在于，还包括用于实现视场光阑(3)自动切换的驱动电机。