CN208537405U - 一种分光测色装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种分光测色装置，包括积分球、照明光源，其特征在于，积分球球壁上设有用于对被测样品采样的采样窗口及用于接收被测样品表面反射光线的测量窗口；在积分球的测量窗口的出射光路中依次设有透镜一、孔径光阑、视场光阑、透镜二和光谱测量装置，被测样品测试区域经透镜一和孔径光阑成像至视场光阑面，视场光阑处的光线通过透镜二后由光谱测量装置接收，且光谱测量装置的光输入端位于孔径光阑关于透镜二的共轭面上；本实用新型通过合理的光路设计克服了传统测色装置中由于表面特征不均匀导致的测试准确度不高、复现性差的问题，具有测量精度高、复现性好等优势，广泛应用于各种材料的表面光学特性(如反射率、颜色等)测试。

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，具体涉及一种用于材料表面光学特性测量的分光测色装置。

【背景技术】

随着印染、纺织、印刷等行业的快速发展，对于产品的颜色、反射率、透射率等材料表面光学特性的测量和评估越来越受到业内广泛重视。其中对于材料表面颜色以及反射率的测量中，基于D/0以及D/8测量几何的颜色测量装置已经得到广泛应用。如公布号为CN93542837A的专利“基于D/8条件对SCI误差修正的分光测色仪”公开一种分光测色装置，便是采用典型的漫射照明、8°接收几何进行测量的；以及公开号为JP2015045617A的专利“测色仪”也公开一种基于D/8的测色装置，且在积分球的测量口处通过耦合透镜将被测样品表面的光线耦合至光谱仪输入端进而实现测量。

然而，实际测试中往往会由于样品表面的不均匀性，如表面有印花，各区域的颜色信息存在较大差异，使得被测样品通过耦合透镜后在光谱仪光输入端的光线在空间上存在不均匀性，如果光谱仪光纤取样位置或者入射狭缝位置存在偏差将会导致测量结果出现较大的误差，影响被测样品表面光学特性的正确评估。

【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分光测色装置，通过特殊合理的光路设计，克服传统测试仪在测量精度以及测量复现性方面存在的缺陷，提高设备的测量稳定性和复现性。

本实用新型可以通过以下技术方案实现，一种分光测色装置，包括积分球、照明光源，其特征在于，所述积分球球壁上设有用于对被测样品采样的采样窗口、以及用于接收被测样品表面反射光线的测量窗口；在所述积分球的测量窗口的出射光路中依次设有透镜一、孔径光阑、视场光阑、透镜二和光谱测量装置，其中，被测样品测试区域经透镜一和孔径光阑成像至视场光阑面，所述视场光阑处的光线通过透镜二后由光谱测量装置接收，其中所述光谱测量装置的光输入端位于孔径光阑关于透镜二的共轭面上。

本方案中通过在积分球的测量窗口的出射光路中依次设置透镜一、孔径光阑、视场光阑、透镜二和光谱测量装置，并将光谱测量装置设置于孔径光阑关于透镜二的共轭面上，确保了光谱测量装置光输入端的光分布均匀性，克服了传统设备中由于光谱测量装置光输入端的位置偏差对测试的复现性的影响，对于提高设备的测量稳定性和复现性具有重大帮助，本装置可广泛应用于各种材料表面光学特性测试场合。

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，所述的视场光阑可切换，即通过切换视场光阑进而实现不同的测试视场。根据不同的被测样品表面特征，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，该方案在实际测试中往往由于透镜数量和行程的限制，难以做到完美的变焦，从而影响光学系统的光效，在设备的设计方面也往往导致设备的体积较大，操作不便，本方案中通过可切换视场光阑的设置灵活的对测试视场进行调整，提高系统的光效以及设备的操作灵活性；

作为上述方案的一种实施方式，所述的视场光阑的大小连续可调。本方案中，视场光阑的大小连续可调；本方案中视场光阑的大小通过手动或自动调节；

作为上述方案的一种实施方式，所述的视场光阑包含两个及以上具有不同大小的视场光阑，并通过手动或自动方式根据实际测试需求将对应不同测量视场角的视场光阑从光路中切入或切出。

作为上述方案的优选，还包括用于驱动所述视场光阑实现自动切换的驱动电机；根据不同测试的视场需求，所述的视场光阑通过驱动电机自动切换。

作为一种技术方案，所述的透镜一紧贴所述积分球的测量窗口设置。本方案中将透镜一紧贴积分球的测量窗口设置，可以最大程度提高该系统的收光能力，即对应更大的数值孔径。

作为一种技术方案，所述的分光测色仪还包括两个及以上且具有不同尺寸或不同形状取样孔的取样板，且所述取样板设置在被测样品和采样窗口之间。本方案中在被测样品和采样窗口之间设置带有取样孔的取样板，且取样板紧贴积分球的采样窗口设置，被测样品紧贴取样板设置，从而使得被测样品对应取样板的取样孔的表面区域被照亮；本方案中根据被测样品的表面特征，如图案、色块大小、形状等设置了两个及两个以上的具有不同尺寸或形状取样孔的取样板，满足各种样品的测试需求。

上述方案中，根据被测样品的特性，所述的取样板的取样孔的形状可为圆形、矩形、三角形或其他形状。

作为一种技术方案，所述积分球的测量窗口设置在偏离被测样品测试区域表面中心法线8°的方向。本方案中采用的是D/8颜色测量几何，即照明光源的光线在积分球内经过无数次的漫反射混光后照射到被测样品测试表面，确保样品表面为漫射照明，进一步的光谱测量装置在偏离被测样品测试区域表面中心法线8°的方向进行被测样品测试区域表面反射光的测量。

作为上述方案的实施方案中的一种，在所述测量窗口关于被测样品测试区域表面中心法线对称位置处的积分球球壁上还设有消光口，且所述的消光口处设有光陷阱。本方案采用的是D/8颜色测量几何的SCE测量方法，即将与测量方向对称方向的镜面反射光线去除掉，仅通过对来自被测样品表面的漫反射光进行测量进而评估样品的颜色特性；

上述方案中，所述的光陷阱为表面涂有黑色涂层或覆有黑色绒布的材料或部件，所述的光陷阱为可以将入射至其位置处的光线全部吸收掉。

作为一种技术方案，所述积分球的测量窗口设置在被测样品测试区域表面的中心法线方向。本方案中采用的是D/0颜色测量几何，即照明光源的光线在积分球内经过无数次的漫反射混光后照射到被测样品测试表面，进一步的光学测量装置设置在被测样品测试区域表面中心法线方向进行被测样品测试区域表面反射光的测量。

作为一种技术方案，在所述的积分球内设有防止照明光源的出射光线直接照射到被测样品表面的光阑。此处积分球内部光阑的设置是为了防止照明光源直射到被测样品上，即确保被测样品为漫射照明条件。

作为一种技术方案，所述的光谱测量装置的光纤输入端直接位于孔径光阑关于透镜二的共轭面上，测量光束通过光纤传输至光谱测量装置内部进而实现测量；

作为一种技术方案，所述光谱测量装置的入射狭缝直接位于孔径光阑关于透镜二的共轭面位置。测量光束由光谱测量装置的入射狭缝进而进入到光谱测量装置内部实现测量。

作为一种技术方案，在所述视场光阑和透镜二之间还设有耦合透镜。在视场光阑和透镜二之间耦合透镜的设置，使得视场光阑处的被测样品测试区域的像可以通过耦合透镜进一步缩写，进而减小测试系统对透镜二直径的要求，所述孔径光阑由耦合透镜和透镜二进一步成像。

作为一种技术方案，所述的照明光源可以设置在积分球内部；或者通过积分球上设置照明窗口，进而照明光源的光线通过照明窗口后进入积分球内部。

【附图说明】

附图1为实施例1中本实用新型装置的示意图；

附图2为实施例1中测量光路的光路示意图；

附图3为实施例1、2和3中取样板的示意图；

附图4为实施例1、2和3中视场光阑装置示意图；

附图5为实施例2中的本实用新型装置的示意图；

附图6为实施例2中测量光路的光路示意图；

附图7为实施例3和4中本实用新型装置的示意图；

附图8为实施例3和4中测量光路的光路示意图；

1-积分球；1-1-采样窗口；1-2-测量窗口；1-3-消光口；1-4-照明窗口；2-照明光源；3-透镜一；4-孔径光阑；5-视场光阑；6–透镜二；7-光谱测量装置；7-1—入射狭缝；7-2—光纤；8-取样板；8-1-取样孔；9-光陷阱，10-耦合透镜。

【具体实施方式】

实施例1

如图1、2、3、4所示，本实施例公开一种分光测色装置，包括积分球1，照明装置2，所述的积分球1的球壁上设有采样窗口1-1，被测样品通过中间带有取样孔8-1的取样板8设置在采样窗口1-1位置；在积分球1的球壁上还设有用于测量被测样品表面反射光线的测量窗口1-2和用于将照明光源2的光线引入积分球1内部的照明窗口1-4，其中所述的测量窗口1-2设置在采样窗口1-1中心法线方向；在积分球1的内部还设有用于防止照明光源2的出射光直接照射在被测样品表面和测量窗口处的光阑；在测量窗口1-2的出射光路中依次设有透镜一3、孔径光阑4、三个个可切换的视场光阑5和透镜二6，其中，所述的三个对应不同测量视场的视场光阑均设置在同一个圆盘上，并且通过驱动电机(图中未画出)进行视场光阑5的切换进而实现不同测试视场的切换，所述的视场光阑5的形状部分为圆形、部分为矩形；在被测样品反射光的测量光路中(如图2所示)，所述的被测样品测试区域经过透镜一3和孔径光阑4后成像至所述视场光阑5面上，所述视场光阑5处的光线进一步通过透镜2后由光谱测量装置7接收测量，其中光谱测量装置7的入射狭缝7-1设置在孔径光阑4关于透镜二6的共轭面上，此处所述的透镜一3为成像透镜，所述的透镜二6为场镜；本实施例中，还配置了如图3所述的具有不同形状和尺寸取样孔8-1的取样板8，根据不同测试样品需要选择适当的取样板8；此外，本实施例中所述的光谱测量装置7为光谱仪。

实施例2

如图3、4、5、6所示，本实施例中公开一种分光测色仪，包括积分球1，照明装置2，所述的积分球1的球壁上设有采样窗口1-1，被测样品通过中间带有取样孔8-1的取样板8设置在采样窗口1-1位置；在积分球1的球壁上还设有用于测量被测样品表面反射光线的测量窗口1-2和用于将照明光源2的光线引入积分球1内部的照明窗口1-4，其中所述的测量窗口1-2设置在偏离采样窗口1-1中心法线8°的方向；在积分球1的内部还设有光阑用于防止照明光源2的出射光直接照射在被测样品表面和测量窗口1-2处；在测量窗口1-2的出射光路中依次设有透镜一3、孔径光阑4、三个个可切换的视场光阑5和透镜二6，其中，所述的三个对应不同测量视场的视场光阑均设置在同一个圆盘上，并且通过驱动电机(图中未画出)进行视场光阑5的切换进而实现不同测试视场的切换；在被测样品反射光的测量光路中(如图6所示)，所述的被测样品测试区域经过透镜一3和孔径光阑4后成像至所述视场光阑5面上，所述视场光阑5处的光线进一步通过透镜2后由光谱测量装置7接收测量，其中光谱测量装置7的光纤7-2的输入端设置在孔径光阑4关于透镜二的共轭面上，此处所述的透镜一3为成像透镜，所述的透镜二6为场镜；本实施例中，还配置了如图3所述的具有不同形状和尺寸取样孔8-1的取样板8，根据测试样品需要，且选择适当的取样板8；此外，本实施例中所述的光谱测量装置7为光谱仪。

实施例3

如图3、4、7、8所示，本实施例公开一种分光测试装置，包括积分球1，照明装置2，所述的积分球1的球壁上设有采样窗口1-1，被测样品通过中间带有取样孔8-1的取样板8设置在采样窗口1-1位置；在积分球1的球壁上还设有用于测量被测样品表面反射光线的测量窗口1-2和用于将照明光源2的光线引入积分球1内部的照明窗口1-4，其中所述的测量窗口1-2设置在偏离被测样品测试区域表面中心法线8°的方向；在所述测量窗口1-2关于采样窗口1-1中心法线对称位置处的积分球1球壁上还设有消光口1-3，且所述的消光口1-3处设有光陷阱9，即本实施例采用了SCE的测量原理，所述的光陷阱9为表面涂有黑色涂层的黑匣子；在积分球1的内部还设有光阑用于防止照明光源2的出射光直接照射在被测样品表面；在测量窗口1-2的出射光路中依次设有透镜一3、孔径光阑4、三个可切换的视场光阑5、耦合透镜10和透镜二6，其中，所述的三个对应不同测量视场的视场光阑均设置在同一个圆盘上，并且通过驱动电机(图中未画出)进行视场光阑5的切换进而实现不同测试视场的切换；在被测样品反射光的测量光路中(如图8所示)，所述的被测样品测试区域经过透镜一3和孔径光阑4后成像至所述视场光阑5面上，且视场光阑5处被测样品的像经过耦合透镜10后进一步缩小，进一步的经过耦合透镜10后光线进一步经透镜二6后由光谱测量装置7接收测量，本实施例中，所述光谱测量装置7的光纤7-2输入端位于孔径光阑4关于耦合透镜10和透镜二6的共轭面上，实施例中，还配置了如图3所述的具有不同形状和尺寸取样孔8-1的采样板8，根据测试样品需要，且选择适当的取样板8；此外，本实施例中所述的光谱测量装置7为光谱仪。

实施例4

本实施例公开一种分光测色装置，本实施例与实施例3唯一不同之处在于，所述的视场光阑5的数量为一个，并且视场光阑5的尺寸连续可调，通过调节视场光阑5的尺寸即可实现测试视场的调节；其余设置与实施例3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，包括积分球(1)、照明光源(2)，其特征在于，所述积分球(1)球壁上设有用于对被测样品采样的采样窗口(1-1)、以及用于接收被测样品表面反射光线的测量窗口(1-2)；在所述积分球(1)的测量窗口(1-2)的出射光路中依次设有透镜一(3)、孔径光阑(4)、视场光阑(5)、透镜二(6)和光谱测量装置(7)，其中，被测样品测试区域经透镜一(3)和孔径光阑(4)成像至视场光阑(5)面，所述视场光阑(4)处的光线通过透镜二(6)后由光谱测量装置(7)接收，其中所述光谱测量装置(7)的光输入端位于孔径光阑(4)关于透镜二(6)的共轭面上。

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(5)的尺寸连续可调；或者所述的视场光阑(5)包含两个或两个以上具有不同尺寸的可切换的视场光阑(5)。

3.如权利要求1、2中任意一项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或不同形状取样孔(8-1)的取样板(8)，且所述取样板(8)紧贴设置在被测样品和采样窗口(1-1)之间。

4.如权利要求1、2中任意一项所述的分光测色装置，其特征在于，所述积分球(1)的测量窗口(1-2)设置在偏离采样窗口(1-1)中心法线8°的方向。

5.如权利要求4所述的分光测色装置，其特征在于，在所述测量窗口(1-2)关于采样窗口(1-1)中心法线对称位置处的积分球(1)球壁上还设有消光口(1-3)，且所述的消光口(1-3)处设有光陷阱(9)。

6.如权利要求5所述的分光测色装置，所述的光陷阱(9)为表面涂有黑色涂层或覆有黑色绒布的材料或部件。

7.如权利要求1、2中任意一项所述的分光测色装置，其特征在于，所述积分球(1)的测量窗口(1-2)设置在采样窗口(1-1)中心法线方向。

8.如权利要求1、2、5、6中任意一项所述的分光测色装置，其特征在于，所述光谱测量装置(7)的入射狭缝(7-1)位于孔径光阑(4)关于透镜二(6)的共轭面上；或者所述光谱测量装置(7)的光纤(7-2)输入端位于孔径光阑(4)关于透镜二(6)的共轭面上。

9.如权利要求8所述的分光测色装置，其特征在于，在所述视场光阑(5)和透镜二(6)之间还设有耦合透镜(10)。

10.如权利要求1、2、5、6、9中任意一项所述的分光测色装置，其特征在于，还包括用于驱动所述视场光阑(5)实现自动切换的驱动电机。