CN217846069U - 一种透射测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种透射测量装置，精确测量被测样品的规则透光率以及特定角度范围内的透射光分布，实现雾度和清晰度的准确评价，同时进行被测样品的其他光学性能研究，包括光源、放置被测样品的样品仓、用于被测样品透射光测量的积分球、第一探测器、第二探测器、切换装置；所述积分球球壁上设有入射口、光陷口和测量口，入射口与光陷口位于光源出射光束的光轴上，第一探测器设于测量口的出射光路上；所述光陷口的出射方向设置有可切换的光陷阱、白板和第二探测器；通过切换装置的切换，将白板或者光陷阱或/和第二探测器切入光陷口的出射光路中；所述样品仓设于光源和积分球入射口之间靠近积分球入射口一侧，或者设于积分球入射口上。

Description

一种透射测量装置

技术领域

本实用新型涉及光学测量领域，具体涉及一种透射测量装置。

背景技术

半透明产品以及透明产品的应用十分广泛，相关产品包括玻璃、塑料薄膜、塑料瓶等。不同的应用需求对产品的光学性能要求不同。对于透明材料，透光率、雾度和清晰度是评价其透明度的关键参数，对于现实薄膜以及包装材料，雾度越小、清晰度越好，成像性能越好，即透过材料看显示画面或者包装内产品的视见性越好。

雾度是透过样品而偏离入射光束2.5°以上的散射光通量与总透射光通量之比。标准GB/T 2410—2008中规定了两种雾度的测试方法及雾度公式的推导过程，现有技术中也通常采用雾度计法和分光光度法进行雾度的测量。该测量方法中利用积分球收集透射光通量，被测样品贴在积分球测量口，积分球的光收集效率受样品表面反射率的影响，进而造成测量值与理论值的偏差，按照ISO13468 标准，需要在积分球上设置参比测量口，样品需要放置在不同开口处，测量校正样品表面的影响，这样积分球的开口率增加，影响积分球内表面的漫射性，且测量操作不方便。

雾度主要用于评价大角度散射，主要影响成像对比度。清晰度用于评价小角度范围内的散射，主要影响成像锐度，也是评价材料透明度性能的重要参数。根据标准ASTMD1746规定，清晰度被定义为样品在上述几何条件下测量的规则透光率。为了实现如此小的对边角，现有技术中，一般通过长距离来实现，因而，此类测量设备体积一般非常大，运输不便。现有的设备或者只能测量雾度，或者测量直射光，且存在测量不准确的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种透射测量装置，旨在解决现有半透明产品以及透明产品的的清晰度(Clarity)和雾度(Haze)等光学特性参数测量过程复杂且测量误差大的问题。本实用新型所提供的透射测量装置能够精确测量被测样品的规则透光率以及特定角度范围内的透射光分布，不仅能够实现雾度和清晰度的准确评价，而且透射光分布信息还可以用于被测样品的其他光学性能研究。

为实现上述目的，本实用新型提供一种透射测量装置，包括光源、放置被测样品的样品仓、用于被测样品透射光测量的积分球、第一探测器、第二探测器以及切换装置；所述积分球球壁上设有入射口、光陷口和测量口，所述入射口与光陷口位于光源出射光束的光轴上，所述第一探测器设于测量口的出射光路上；所述光陷口的出射方向设置有可切换的光陷阱、白板和第二探测器；通过切换装置的切换，将白板或者光陷阱或/和第二探测器切入光陷口的出射光路中；所述样品仓设于光源和积分球入射口之间靠近积分球入射口一侧，或者设于积分球入射口上。未放置被测样品时，所述光源发出光束的光轴可依次通过积分球的入射口和光陷口。所述积分球内壁具有均匀漫反射涂层。具体的，所述的切换装置可包括一转盘，所述转盘上设置有两个或以上的工位板，其中一个为涂有反射率与积分球球壁涂层相似的漫反射涂层的白板，另一个为空白工位，通过转盘的转动，可将白板或空白工位切换至光陷口；当空白工位切换至光陷口时，积分球内的光束可被第二探测器接收并测量，第二探测器设置于光陷阱内，光陷阱同时吸收光陷口的出射光线。或者，也可在转盘上设置有三个工位板，其中一个为白板，一个为空白工位，另一个为光陷阱装置，所述的光陷阱装置可以是黑板或者其他吸光陷阱，所述的第二探测器设置在光陷口出射光路上，当转盘切换至空白工位时，光陷口出射光线入射第二探测器。或者，也可在转盘上设置有三个工位板，其中一个为白板，一个为空白工位，另一个为平面反射镜，所述平面反射镜用于将光束反射至光陷阱，通过转盘的转动，可将白板或空白工位或者平面反射镜依次切换，接收光陷口出射光线，当转盘切换至空白工位时，光陷口出射光线入射至第二探测器。或者，所述的切换装置也可以包括一个可移动的挡板，第二探测器设置于光陷阱内，挡板面向积分球的一侧涂有反射率与积分球球壁涂层相似的漫反射涂层(即白板)，保证积分球内部的漫射均匀性，以确保测量结果的准确性；当所述白板移除时，光陷口的出射光线进入光陷阱，并被第二探测器接收测量。所述的切换装置可以根据实际测量设计，有多种实现方式，本实用新型只列举了几种作为说明。

以下拿切换装置为转盘作为具体例子说明。

具体测量过程包括：(1)不放被测样品，通过切换装置将所述白板切换至光陷口，通过第一探测器测量空气透过率Tair；(2)放置被测样品，通过切换装置将所述白板切换至光陷口，通过第一探测器测量被测样品的总透过率Ts；(3) 放置被测样品，通过切换装置将所述平面反射镜工位切换至光陷口，平面反射镜将光陷口的出射光线反射至光陷阱中，通过第一探测器测量被测样品的漫射透过率Td，雾度为被测样品的漫射透过率Td与被测样品的总透过率Ts的比值，实现被测样品的雾度测量；(4)放置被测样品，通过切换装置将所述空白工位切换至光陷口，光陷口的出射光线入射第二探测器，测量被测样品指定角度内的透过率Tx，进而可以评价指定角度内的透过率。与传统雾度测量方案相比，本实用新型测量过程简单方便，且可同时测量小角度内的散射光，测量功能更多，更快。本实用新型可以通过以下技术措施进一步加以限定和完善：

作为一种技术方案，所述第二探测器为环状探测器或光敏面圆周对称布置的探测器组。进一步的，所述第二探测器还包括一个位于光源出射光轴上的中心探测器，所述的环状探测器或光敏面圆周对称布置的探测器组围绕中心探测器圆周对称布置。

作为一种技术方案，所述第二探测器位于光源出射光束光轴上。进一步的，所述的第二探测器为位于光源出射光束光轴上的阵列探测器。以上仅作解释说明，具体的可根据实际情况设置。所述第二探测器可用于接收被测样品的规则透射光，进而测量被测样品的规则透过率，实现被测样品的清晰度测量。

当所述第二探测器为环状探测器时，具体测量过程包括：放置被测样品，通过切换装置将所述空白工位切换至光陷口，通过第二探测器测量被测样品指定角度内的透过率Tx，即测量以光轴为圆心的环带角度(环带角度范围为0.1°—2.5 °)内的散射光的散射透过率；通过第一探测器测量被测样品的漫射透过率Td。被测样品的漫射透过率Td和指定角度内的透过率Tx越小，被测样品的清晰度越高。

当所述第二探测器为光敏面圆周对称布置的探测器组时，具体测量过程包括：放置被测样品，通过切换装置将所述空白工位切换至光陷口，通过第二探测器测量被测样品指定角度内的透过率Tx，所述探测器群呈以光轴为圆心的圆周分布，光接收面相对被测样品中心的张角约为0.1°—2.5°，测量该角度范围内的散射透过率；通过第一探测器测量被测样品的漫射透过率Td。被测样品的漫射透过率Td和指定角度内的透过率Tx越小，清晰度越高。

当所述第二探测器为位于光源出射光轴上的中心探测器和环状探测器的组合时，具体测量过程包括：放置被测样品，通过切换装置将所述空白工位切换至光陷口，通过第二探测器测量被测样品指定角度内的透过率Tx；保证探测器中心与入射光束光轴重合进而测量规则透光率，实现清晰度的测量。

当所述第二探测器为位于光源出射光轴上的阵列探测器时，具体测量过程包括：放置被测样品，通过切换装置将所述空白工位切换至光陷口，通过第二探测器测量被测样品指定角度内的透过率Tx；根据透过率分布数据计算规则透射比 (直接透射比)和2.5°(或者5°)以内的窄角度散射。

作为一种技术方案，在上述技术方案中，还包括以积分球入射光束光轴为中心的环状光接收装置，所述环状光接收装置具有环状收光口面，与第二探测器光学耦合连接，设于所述光陷口处。具体的，所述环状光接收装置的接收面朝向积分球内侧且与入射光束的光轴垂直，所述环状光接收装置的出射光入射所述第二探测器，起到光线传导的作用，保证测量准确性。

作为一种技术方案，所述第二探测器的探测面与入射光束的光轴垂直面相倾斜，倾角为1°—15°之间的一个角度。将第二探测器与入射光束的光轴成1°—15°倾斜设置，可防止第二探测器对被测样品的规则透射光进一步反射回积分球，影响雾度和清晰度测量的准确性。进一步的，在第二探测器的反射光路上设置另一光陷阱，该光陷阱用于吸收探测器表面的反射光，进一步降低回射光的影响，确保测量结果的准确性。

作为一种技术方案，所述积分球的内壁还设有参考光源，所述参考光源用于校正第一探测器的读数，进而校正被测样品对积分球光收集率的影响。具体校正过程包括：(1)不放被测样品，通过切换装置将所述白板切换至光陷口，开启参考光源，通过第一探测器测得读数R1；(2)放置被测样品，通过切换装置将所述白板切换至光陷口，开启参考光源，通过第一探测器测得读数R2；(3)通过两次读数，计算被测样品表面反射对积分球积分效率的影响，进而校正第一探测器测量样品总透过率Ts的读数。

作为一种技术方案，所述光源为两种或以上颜色的卤钨灯和/或LED灯和/ 或OLED灯组合而成的可调光，所述光源可输出周期性调制光，避免环境光对被测样品测量的影响，进一步确保测量结果的准确性。具体的，所述光源也可采用脉冲驱动装置或者连接斩波器调制输出。

作为一种技术方案，所述光源与放置在样品仓上的样品之间依次设有会聚光的第一透镜或第一透镜组、光阑和将光束再转变为平行光的第二透镜或第二透镜组。进一步的，所述光阑为透光面积可调节的可变光阑。调节可变光阑可改变入射于被测样品的光束强度，或者测量光束口径的大小，以适用不同被测样品的光学性能测量。

作为一种技术方案，所述积分球的入射口与光陷口的中心连线经过积分球的球心。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种透射测量装置，结构简单，集成化程度高，能实现半透明产品以及透明产品的的清晰度(Clarity)和雾度(Haze) 等光学特性参数测量，并且保证测量结果的准确性。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一提供的一种透射测量装置的结构示意图；

附图2为本实用新型实施例一提供的切换装置的平面示意图；

附图3为本实用新型实施例一提供的环状探测器的主视图；

附图4为本实用新型实施例二提供的一种透射测量装置的结构示意图；

附图5为本实用新型实施例一提供的环状探测器的右视图；

图中：1、光源，2、样品仓，3、积分球，4、第一探测器，5、第二探测器， 6、入射口，7、光陷口，8、光陷阱，9、切换装置，10、测量口，11、透镜光学系统。

具体实施方式

以下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，以下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，对以下实施例进行修改。本实用新型的保护范围由所附的权利要求来限定。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种透射测量装置，包括光源(1)、放置被测样品的样品仓(2)、用于被测样品透射光测量的积分球(3)、第一探测器(4)、第二探测器(5)以及切换装置(9)；所述积分球(3)球壁上设有入射口(6)、光陷口(7)和测量口(10)，所述入射口(6)与光陷口(7)位于光源出射光束的光轴上，所述第一探测器(4)设于测量口(10)的出射光路上；所述光陷口(7) 的出射方向设置有可切换的光陷阱(8)、白板和第二探测器(5)；根据测量目的，通过所述切换装置(9)的切换，将白板或光陷阱(8)或/和第二探测器(5)切入光陷口(7)的出射光路中；所述样品仓设于光源(1)和积分球入射口(6) 之间靠近积分球入射口(6)一侧，或者设于积分球入射口(6)上。所述的切换装置(9)平面示意图如图2所示，包括一转盘，所述转盘上设置有三个工位板，其中A为涂有反射率与积分球球壁涂层相似的漫反射涂层的白板，B为光陷阱装置，C为空白工位；通过转盘的转动，可将白板或光陷阱装置或空白工位切换至光陷口；所述的光陷阱装置可以是黑板或者其他吸光陷阱。所述光源(1)为多种颜色LED组合而成的可调光LED，采用脉冲驱动。所述第二探测器(5) 为环状探测器，结构如图3、图5所示。当转盘切换至空白工位时，光陷口的出射光线入射第二探测器。

在另一种实施方式中，所述的切换装置(9)也可设定为一转盘，所述转盘上设置有三个工位板，其中一个为涂有反射率与积分球球壁涂层相似的漫反射涂层的白板，一个为平面反射镜，另一个为空白工位，所述平面反射镜用于将光束反射至光陷阱；通过转盘的转动，可将白板或平面反射镜或空白工位依次切换，接收光陷口的出射光线，当转盘切换至空白工位时，光陷口出射光线入射至第二探测器。

实施例2

如图4所示，本实施例公开一种透射测量装置，包括光源(1)、放置被测样品的样品仓(2)、用于被测样品透射光测量的积分球(3)、第一探测器(4)、第二探测器(5)以及切换装置(9)；所述积分球(3)球壁上设有入射口(6)、光陷口(7)和测量口(10)，所述入射口(6)与光陷口(7)位于光源出射光束的光轴上，所述第一探测器(4)设于测量口(10)的出射光路上；所述光陷口(7) 的出射方向设置有光陷阱(8)，所述第二探测器(5)设于光陷阱(8)内、位于光陷口(7)的出射光路上；通过切换装置(9)的切换可使得第二探测器(5) 接收并测量光束，或者将白板切入光陷口(7)的出射光路中；所述样品仓设于光源(1)和积分球入射口(6)之间靠近积分球入射口(6)一侧，或者设于积分球入射口(6)上。具体的，所述的切换装置(9)包括可移动的挡板，挡板面向积分球的一侧涂有反射率与积分球球壁涂层相似的漫反射涂层；当所述白板移除时，光陷口的出射光线进入光陷阱，并被第二探测器接收测量。所述光源(1) 为卤钨灯，连接斩波器调制输出。所述第二探测器(5)为环状探测器和中心探测器的组合。所述光源(1)与放置在样品仓上的被测样品之间设有透镜光学系统(11)，所述透镜光学系统(11)包括会聚光的第一透镜或第一透镜组、光阑和将光束再转变为平行光的第二透镜或第二透镜组。

作为优选，所述积分球的内壁还设有参考光源。

Claims (12)

1.一种透射测量装置，其特征在于，包括光源(1)、放置被测样品(2)的样品仓、用于被测样品透射光测量的积分球(3)、第一探测器(4)、第二探测器(5)以及切换装置(9)；所述积分球球壁上设有入射口(6)、光陷口(7)和测量口(10)，所述入射口(6)与光陷口(7)位于光源出射光束的光轴上，所述第一探测器(4)设于测量口(10)的出射光路上；光陷口(7)的出射方向设置有可切换的光陷阱(8)、白板和第二探测器(5)，通过所述的切换装置(9)，将白板或者光陷阱(8)或/和第二探测器(5)切入光陷口(7)的出射光路中；所述样品仓设于光源(1)和积分球入射口(6)之间靠近积分球入射口(6)一侧，或者设于积分球入射口(6)上。

2.根据权利要求1所述的一种透射测量装置，其特征在于，所述的切换装置(9)包括一转盘，所述转盘上设置有两个或以上的工位板，其中一个为涂有反射率与积分球球壁涂层相似的漫反射涂层的白板，另一个为空白工位；通过转盘的转动，将白板或空白工位切换至光陷口。

3.根据权利要求1或2所述的一种透射测量装置，其特征在于，所述第二探测器(5)为环状探测器或光敏面圆周对称布置的探测器组。

4.根据权利要求1或2所述的一种透射测量装置，其特征在于，所述第二探测器(5)位于光源出射光束光轴上。

5.根据权利要求4所述的一种透射测量装置，其特征在于，所述第二探测器(5)为阵列探测器。

6.根据权利要求3所述的一种透射测量装置，其特征在于，还包括一个位于光源出射光轴上的中心探测器，所述的环状探测器或者所述的光敏面圆周对称布置的探测器组围绕中心探测器圆周对称布置。

7.根据权利要求3所述的一种透射测量装置，其特征在于，还包括以积分球入射光束光轴为中心的环状光接收装置，所述环状光接收装置具有环状收光口面，与第二探测器(5)光学耦合连接，设于所述光陷口处。

8.根据权利要求1或2所述的一种透射测量装置，其特征在于，所述第二探测器(5)的探测面与入射光束的光轴垂直面相倾斜，倾角为1°～15°之间的一个角度。

9.根据权利要求8所述的一种透射测量装置，其特征在于，在所述第二探测器(5)的反射光路上设置另一光陷阱。

10.根据权利要求1或2所述的一种透射测量装置，其特征在于，所述积分球(3)的内壁还设有参考光源。

11.根据权利要求1或2所述的一种透射测量装置，其特征在于，所述光源(1)为两种或以上颜色的LED灯和/或OLED灯组合而成的可调光。

12.根据权利要求1或2所述的一种透射测量装置，其特征在于，所述光源与放置在样品仓上的样品之间设有透镜光学系统(11)，所述透镜光学系统(11)包括会聚光的第一透镜或第一透镜组、光阑和将光束再转变为平行光的第二透镜或第二透镜组。

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