CN210346910U - 一种高光谱测色系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高光谱测色系统，包括照明装置和光学测量装置，其中照明装置包含两个及以上LED光源；光学测量装置由多个窄带滤色片和图像探测器组成，照明装置出射的光线入射至被测样品表面，被测样品的反射光线入射至光学测量装置；其中LED光源至少包括两种及以上颜色。本实用新型克服了传统高光谱测色仪在测量样品过程中的测量区块的大小限制，且创新性地将LED光源与窄带滤色片相对应，减少了测量过程中杂散光的影响，提高了测量稳定性和测试灵敏性，且可单独测量分析荧光样品的相关光学性能。

Description

一种高光谱测色系统

【技术领域】

本实用新型涉及光学测量技术领域，具体涉及一种高光谱测色系统。

【背景技术】

目前，行业内常用分光测色仪测量纯色纺织品，但对于非纯色纺织品，如印花、蕾丝、花边、饰边等，需要分别测量各个色块的颜色，测量费时费力，且不方便对比。对于色块较小的被测样品，受分光测色仪测量孔径的限制，甚至无法采样测量。

多通道窄带滤色片和高分辨率相机的高光谱成像测色仪可解决上述问题，实现对印花、蕾丝、花边等非纯色纺织品的颜色和图像测量分析，并利用数字化颜色数据进行产品供应链管理，消除人为错误，节约成本，显著缩短了从设计到消费者的时间周期。目前，现有高光谱成像测色仪的光源一般是宽带光谱光源，如卤钨灯、氙灯，且在使用窄带滤色片时，由于窄带滤色片的设计和生产工艺问题，往往在带宽外仍有一定的透过率（通常在0.5%-1%左右），导致测量误差；其次，卤钨灯和氙灯等宽带光源在某些波段的能量较少，例如，卤钨灯一般红光成分高足，蓝紫光成分较少，而滤色片对光源具有一定吸收，会进一步降低了仪器在蓝紫光波段的测量灵敏度；最后，使用宽带光谱光源测量含荧光成分的纺织品时，会引起多光谱同时被激发，无法测量分析荧光样品的光谱和颜色。

【实用新型内容】

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种可高精度测量非纯色纺织品颜色的高光谱测色系统，旨在解决现有高光谱测色仪在使用时，测量样品过程中的测量区块的大小限制，且克服了窄带滤色片时的测量误差，仪器在某波段光源的测量灵敏度降低，以及无法单独测量分析荧光样品的相关光学性能等问题。

本实用新型公开了一种高光谱测色系统，包括被测样品、照明装置和光学测量装置，其中照明装置包含两个及以上LED光源；光学测量装置由多个窄带滤色片和图像探测器组成，照明装置出射的光线入射至被测样品的表面，被测样品的表面的反射光线入射至光学测量装置。其中，LED光源至少包括两种及以上颜色。

本实用新型中多个LED光源与多个窄带滤色片对应设置，照明装置中各LED光源的出射光线依次入射至待测样品，经过待测样品作用后的光进入到测量装置中，进而得到待测样品的光谱反射率信息，从而对样品的颜色进行分析。使用LED光源作为照明光源，由于LED光源在各波段能量较为均匀且响应时间快，可以带来更佳的测量结果。此外，通过单独驱动UV激发 LED光源照射待测样品，作用后的光线通过依次经过光学测量装置中的不同窄带滤色片，以进行全光谱范围内的测量，进而进行待测样品荧光成分的分析。

与传统的测量设备相比，本实用新型通过使用与多通道窄带滤色片相对应或多通道数的LED光源作为照明光源，可以大程度的减少杂散光的影响，提高测量精度，同时还可以避免宽带光谱光源用于荧光样品分析时引起的多光谱同时被激发的现象。

在一些可选的实施例中，照明装置还包括积分球，积分球上设置有照明窗口、采样窗口、第一探测窗口。其中LED光源通过照明窗口进入到积分球中，被测样品放置于采样窗口处，光学测量装置放置于第一探测窗口处。

可选的，高光谱测色系统还包括监测装置，其中积分球上设置有第二探测窗口，监测装置设置于第二探测窗口处，用于接收照明装置的出射光线。

在一些可选的实施例中，照明装置的光线轴线相对被测样品的法线成45°夹角，定向入射被测样品表面；光学测量装置置于被测样品法线方向，接收与所述被测样品法线方向夹角为0°的反射光线。

在一些可选的实施例中，照明装置的光线轴线相对被测样品的法线成0°夹角，定向入射所述被测样品表面；光学测量装置置于被测样品法线成45°夹角方向的光路上，接收与被测样品法线方向夹角为45°的反射光线。

可选的，高光谱测色系统还包括监测装置，用于接收所述照明装置的出射光线。

在一些可选的实施例中，窄带滤色片为线性滤光片，设置于被测样品和图像探测器之间的光路中。

在一些可选的实施例中，光学测量装置还包括切换装置，多个窄带滤色片通过切换装置依次切换至被测样品和所述图像探测器之间的光路中。

在一些可选的实施例中，照明装置中还包括LED驱动装置，其中LED驱动装置独立控制各LED光源。

在一些可选的实施例中，照明装置中LED光源为窄带宽的LED光源。使用窄带LED光源作为照明光源，可以更大程度上的减少杂光对测量的影响，提高测量精度，得到更加准确的颜色分析结果。

在一些可选的实施例中，LED光源的出射光线覆盖紫外至红外波段。

本实施新型公开的高光谱测色系统，相比于传统高光谱测色系统，通过使用与多通道窄带滤色片相对应的多通道数的LED光源作为照明光源，可以极大程度的减少杂散光的影响，提高测量精度；同时还可以避免宽带光谱光源用于荧光样品分析时引起的多光谱同时被激发的现象，可更好的分析特定光谱下待测荧光的吸收和激发特性。

【附图说明】

附图1 为本实用新型的一种高光谱测色系统的示意图；

附图2为本实用新型的另一种高光谱测色系统的示意图；

附图3为本实用新型的再一种高光谱测色系统的示意图；

附图4为本实用新型的又一种高光谱测色系统的示意图；

附图5 为本实用新型的一种光学测量装置的示意图；

附图6为本实用新型的另一种光学测量装置的示意图；

附图7为本实用新型的一种照明装置的示意图；

附图8为本实用新型的一种LED光源和窄带滤色片的对应关系图。

1-照明装置；1-1 LED光源；1-2 积分球；1-3驱动装置； 121 照明窗口；122 采样窗口； 123 第一探测窗口；124 第二探测窗口；2 -光学测量装置；2-1窄带滤色片；2-2图像探测器； 3-监测装置； 4切换装置；5挡板。

【具体实施方式】

本实用新型公开了一种高光谱测色系统，如图1、图5和图7所示，图1为本实用新型的一种高光谱测色系统的示意图，图5为本实用新型的一种光学测量装置的示意图，图7为本实用新型的一种照明装置的示意图，包括被测样品、照明装置1 和光学测量装置2，其中照明装置1中含两个及以上LED光源1-1；其中光学测量装置2由多个窄带滤色片2-1和图像探测器2-2组成。照明装置1出射的光线入射至被测样品的表面，被测样品的表面的反射光线入射至所述光学测量装置2。其中，所使用的LED光源至少包括两种及以上的颜色，以满足测量需求。

相比于传统高光谱测色系统，通过使用与多通道窄带滤色片相对应的多通道数的LED光源作为照明光源，由于LED光源在各波段能量较为均匀且响应时间快，可以带来更佳的测量结果；且可以极大程度的减少杂散光的影响，提高测量精度；同时还可以避免宽带光谱光源用于荧光样品分析时引起的多光谱同时被激发的现象，可更好的分析特定光谱下待测荧光的吸收和激发特性。

在一些可选的实施例中，如图1所示，一种高光谱测色系统包括照明装置1 和光学测量装置2，其中照明装置1中含两个及以上LED光源1-1；其中光学测量装置2由多个窄带滤色片2-1和图像探测器2-2组成，照明装置1出射的光线入射至被测样品表面，被测样品的反射光线入射至所述光学测量装置2。该高光谱测色系统还包括积分球1-2。积分球1-2上设置有照明窗口121， LED光源1-1安装在积分球1-2上的照明窗口121处；积分球1-2上设有用于采集被测样品信号的采样窗口122，测试时直接将被测样品放置于采样窗口122处即可开始测量；在积分球1-2设有第一探测窗口123，且在第一探测窗口123的出射光路处设有光学测量装置2。

可选的，如图1所示，采样窗口122位于积分球1-2的底部，其法线方向与照明窗口121出射方向相互垂直，第一探测窗口123设在偏离采样窗口122中心法线方向8°的位置处；在测试过程中，由LED光源1-1发出的光线通过积分球1-2上的照明窗口121进入到积分球1-2内进行充分混光，并照射在被测样品表面，进一步地，来自被测样品表面反射光线通过积分球1-2上的测量窗口123最终被光学测量装置2所接收到。

可选的，如图2所示，图2为本实用新型的另一种高光谱测色系统的示意图，积分球1-2上还设有第二探测窗口124来对积分球1-2内的照明条件进行监测，该监测装置3安装在第二探测窗口124处，通过安装监控装置，可以消除因光源波动带来的误差，增加测量的精确性。可选的，监测图像探测器为光电二极管或光谱仪，但不限于此。

可选的，如图2所示，积分球1-2内还设有挡板5，用来防止照明装置1发出的光线直接照射在被测样品和监测装置3上，以及防止来自被测样品表面的反射光直接照射在监测装置3上造成准确度的降低。

在以上可选的实施例中，照明装置包括积分球，积分球是一个内壁涂有漫反射材料的空腔球体，进入积分球的光经过内壁图层多次反射，可对被测样品形成均匀照度，提高测量准确度。需要说明的是，本实用新型实施例对积分球的具体设置不做限定。

在一些可选的实施例中，如图3所示，图3为本实用新型的再一种高光谱测色系统的示意图，一种高光谱测色系统包括照明装置1 和光学测量装置2，其中照明装置1中含两个及以上LED光源1-1；其中光学测量装置2由多个窄带滤色片2-1和图像探测器2-2组成，照明装置1出射的光线入射至被测样品表面，被测样品的反射光线入射至所述光学测量装置2。可选的，参考图3（a），照明装置1的光线轴线相对被测样品的法线成45°夹角，定向入射被测样品表面，光学测量装置2置于被测样品法线方向，接收与被测样品法线方向夹角为0°的反射光线。

可选的，参考图3（b），一种高光谱测色系统包括照明装置1 和光学测量装置2，其中照明装置1中含两个及以上LED光源1-1；其中光学测量装置2由多个窄带滤色片2-1和图像探测器2-2组成，照明装置1出射的光线入射至被测样品表面，被测样品的反射光线入射至所述光学测量装置2。照明装置1的光线轴线相对被测样品的法线成0°夹角，定向入射被测样品表面，光学测量装置2置于被测样品法线方向成45°角的光路上，接收与被测样品法线方向夹角为45°的反射光线。

可选的，如图4所示，图4为本实用新型的又一种高光谱测色系统的示意图，高光谱测色系统还包括监测装置3，用于接收所述照明装置1的出射光线，通过安装监控装置，可以消除因光源波动带来的误差，增加测量的精确性。可选的，监测装置为光电二极管或光谱仪，但不限于此。

需要说明的是，照明装置的设置方式和设置位置并不以图3和图4为限，此处仅为示例。

在一些可选的实施例中，窄带滤色片2-1为线性滤光片，设置于被测样品和图像探测器2-2之间的光路中。

在一些可选的实施例中，如图5和图6所示，来自被测样品的反射光线通过窄带滤色片2-1射入图像探测器2-2中；图6为本实用新型的另一种光学测量装置的示意图，光学测量装置2还包括切换装置4，多个窄带滤色片2-1通过切换装置4依次切换至被测样品和图像探测器2-2（图6中未示出）之间的光路中。

可选的，如图6（a），窄带滤色片2-1被置于圆形的切换装置4上，通过转动切换装置4，可达到切换窄带滤色片的效果；如图6（b），不同波段的窄带滤色片2-1被组合在一起，通过切换装置4的推拉使得窄带滤色片发生位移，从而达到切换效果。需要说明的是，本实施例公开的切换装置和窄带滤色片的设置方式仅为示意，并不以此为限。

在一些可选的实施例中，如图7所示，照明装置包括LED光源的驱动装置1-3，LED驱动装置1-3独立控制各LED光源1-1。LED驱动装置不仅可以为各LED光源1-1独立供电，逐个点亮单色LED光源1-1，而且还包含对各LED光源1-1发光强度进行调节的调光装置，可根据测量需要，对LED光源1-1的发光进行调整，供准确优质的照明条件。

在驱动装置作用下，照明装置1中各LED光源1-1的出射光线依次入射至待测样品，经过待测样品作用后的光进入到光学测量装置中，进而得到待测样品的光谱反射率信息，从而对样品的颜色进行分析。

如图8所示，图8为本实用新型的一种LED光源和窄带滤色片的对应关系图（横坐标为波长λ），在一些可选的实施例中，参考图7和图8，本发明实施例通过使用与多通道窄带滤色片相对应的多通道数的LED光源作为照明光源。如图8（a），每个LED光源1-1对应相应带宽的窄带滤色片2-1；或是如图8（b），多个LED光源1-1对应一定带宽的单个窄带滤色片2-1；或是如图8（c），单个LED光源1-1对应多个窄带滤色片2-1。LED光源和窄带滤色片的多种对应设置关系，可以用来满足不同测试条件以及设备条件下的测量，最大程度提升设备测量精度。

需要说明是的，如图8所示的LED光源与窄带滤色片的设置仅为参考，并不以此为限。

LED光源的在驱动装置的控制下，可根据测量需要独立控制各个LED光源发光，再配合相应的窄带滤波片的设置，克服了传统高光谱测色仪在测量样品过程中的测量区块及精度的遇到的问题，提升测量品质。

在一些可选的实施例中，照明装置中LED光源为窄带宽的LED光源。使用窄带LED光源作为照明光源，可以进一步地的减少杂光对测量的影响，提高测量精度，得到更加准确的颜色分析结果。需要说明的是，本发明实施例中对LED光源是否为单色不做限制，本领域技术人员可以根据测量需要自行进行调整，且皆属于本实用新型保护范围。

在一些可选的实施例中， LED光源的出射光线覆盖紫外至红外波段。

本实用新型公开的实施例中，对荧光成分的样品的测试有额外的优点：在一些可选的实施例中，LED光源为紫外激发（UV）LED光源，通过单独驱动UV LED光源照射待测样品，作用后的光线依次通过光学测量装置中的不同窄带滤色片，以进行全光谱范围内的测量，进而进行待测样品荧光成分的分析。

本实用新型公开了一种高光谱测色系统，通过使用与多通道窄带滤色片相对应的多通道数的LED光源作为照明光源，克服了传统高光谱测色仪在测量样品过程中的测量区块的大小限制；可以极大程度的减少杂散光的影响，提高测量精度；同时还可以避免宽带光谱光源用于荧光样品分析时引起的多光谱同时被激发的现象，本实用新型通过使用单独UV激发LED，测量各个通道窄带滤色片的光信号，可更好的分析特定光谱下待测荧光的吸收和激发特性。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了说明，但本领域技术人员应当理解，以上实施例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域技术人员应当理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种高光谱测色系统，包括被测样品、照明装置（1）和光学测量装置（2），其特征在于，所述的照明装置（1）包含两个及以上LED光源（1-1）；所述的光学测量装置（2）由多个窄带滤色片（2-1）和图像探测器（2-2）组成，所述照明装置（1）出射的光线入射至所述被测样品的表面，所述被测样品的表面的反射光线入射至所述光学测量装置（2）;其中，所述LED光源至少包括两种及以上颜色。

2.如权利要求1所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述的照明装置（1）还包括积分球（1-2），所述积分球上设置有照明窗口（121）、采样窗口（122）、第一探测窗口（123），所述LED光源（1-1）通过照明窗口（121）进入到积分球（1-2）中，被测样品放置于所述采样窗口（122）处，所述的光学测量装置（2）放置于第一探测窗口（123）处。

3.如权利要求2所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述高光谱测色系统还包括监测装置（3）；所述积分球上设置有第二探测窗口（124），所述监测装置（3）设置于第二探测窗口（124）处，用于接收所述照明装置（1）的出射光线。

4.如权利要求1所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述的照明装置（1）的光线轴线相对所述被测样品的法线成45°夹角，定向入射所述被测样品表面；所述光学测量装置（2）置于被测样品法线方向，接收与所述被测样品法线方向夹角为0°的反射光线。

5.如权利要求1所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述的照明装置（1）的光线轴线相对所述被测样品的法线成0°夹角，定向入射所述被测样品表面；所述光学测量装置（2）置于所述被测样品法线成45°夹角方向的光路上，接收与所述被测样品法线方向夹角为45°的反射光线。

6.如权利要求4或5所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述高光谱测色系统还包括监测装置（3），用于接收所述照明装置（1）的出射光线。

7.如权利要求1所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述的窄带滤色片（2-1）为线性滤光片，设置于被测样品和所述图像探测器（2-2）之间的光路中。

8.如权利要求1所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述光学测量装置（2）还包括切换装置（4），所述的多个窄带滤色片（2-1）通过所述切换装置（4）依次切换至所述被测样品和所述图像探测器（2-2）之间的光路中。

9.如权利要求1所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述的照明装置（1）中还包括LED驱动装置（1-3），其中所述LED驱动装置（1-3）独立控制各所述LED光源（1-1）。

10.如权利要求1~5和7~9中任意一项所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述LED光源（1-1）为窄带宽LED光源。

11.如权利要求1~5和7~9中中任意一项所述的高光谱测色系统，其特征在于，所述的LED光源（1-1）的出射光线覆盖紫外至红外波段。

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