CN209117182U - 一种测色装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种测色装置，包括照明装置和光学测量装置，其特征在于，所述的照明装置包括积分球和一个及以上的照明光源，其中照明光源设置于积分球内部；在积分球底部设有照明窗口；所述照明光源的部分直射光直接由对应的照明窗口出射并照亮被测样品表面；被测样品表面反射的光线由光谱测量装置接收测量。与传统测色设备相比，本实用新型装置照明光源的出射光不经积分球混光而直接通过积分球底部照明窗口直接照射到样品，不仅确保了照射均匀性，而且极大提高了设备的照明效率得到明显提升，对于提高被测样品表面光学特性的测量准确度和重复性有着重要意义，广泛应用于样品表面光学特性的测量。

Description

一种测色装置

【技术领域】

本实用新型涉及光辐射测量领域，具体涉及一种用于物体表面光学特性测量的测色装置。

【背景技术】

物体表面光学特性，如反射率、颜色、光泽等是评价其表面质量的重要参数。目前，分光测色仪被广泛用于材料或样品颜色测量，一般有D/8、45/0照明测量几何。45/0照明测量几何与人眼观察物体的颜色感觉更为相近，在颜色外观的品质控制测量中广泛应用。然而实际测量，45/0测试几何对于样品表面的纹理结构较为敏感，对样品表面的照明均匀性就要求较高，对于有纹理，照明不均匀的情况下，测量结果的重复性较差，对颜色测量带来较大偏差。因此，对于基于45/0测试几何的测色仪，不仅需满足CIE No.15, ISO 7724/1,ASTM E179等标准要求的照明测量几何条件，也需要保证样品表面照射的均匀性和并对光源波动的监控，来提供测量数据的重复性。

为了提升纹理性样品表面照射的均匀性以及测量重复性，基于积分球的环形照明方式在测色设备中常被采用，如专利号US 7484147B2公开了一种表面特性测量装置，即采用的是积分球环形照明方案，该装置在积分球内设置一个以上照明光源，照明光源的出射光在积分球内漫反射后进而通过积分球底部的环形照明窗口以45°方向照射在被测样品表面，进一步，样品表面反射光由光学测量装置接收测量；上述装置虽然提高了被测样品表面的照射均匀性，但测量装置的整体照明效率却非常低，在颜色较深的样品表面特性测量中会引入较大的测量误差，在实际应用处存在较大的局限性。

【发明内容】

鉴于现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种测色装置，通过创新性的光学设计方案，使得测色仪在满足规定角度照明几何条件的同时，一方面可以确保样品表面的照射均匀性，另一方面还能提高测色仪整体的照明效率，高度确保样品测试结果的准确性和重复性，广泛应用于各种类型物体的表面光学特性测量。

本实用新型可以通过以下技术方案实现，一种测色装置，包括照明装置和光学测量装置，其特征在于，所述的照明装置包括积分球、一个及以上的照明光源，其中所述的照明光源设置于积分球内部；在所述积分球底部设有照明窗口；所述照明光源的部分直射光直接由照明窗口出射并照亮被测样品表面；被测样品表面反射的光线则由所述光学测量装置接收。

本实用新型装置通过在积分球内设置一个及以上的照明光源，并在积分球底部设置照明窗口，且照明窗口的设置可使得照明光源直接出射的一部分光线直接由照明窗口出射，进而照射在被测样品表面上，提高了设备照明光源在样品表面的照射效率；本实用新型中所述的照明光源的直射光指的是不经过积分球内壁反射的光线；本实用新型中通过照明窗口的大小以及位置设置可实现照射角度（例如45°照明）以及照射区域大小的准确控制，使之满足标准的照明几何要求，实现样品表面目标测试区域的均匀照明。与传统45/0测色设备相比，本实用新型装置的照明光源的出射光不经过积分球内壁反射而是直接通过积分球底部的照明窗口直接照射到样品表面，极大提高了设备的照明效率，对于提高被测样品表面光学特性测量的灵敏度和准确度以及重复性有着重要意义，尤其是深色样品的测量。本实用新型广泛应用于样品表面光学特性的测量。

本实用新型可以通过以下技术方案和技术特征进行进一步限定和说明：

作为一种技术方案，所述的照明光源在积分球内以等间隔环形方式排布，且每个照明光源以相同的入射角照射至被测样品测试区域表面。本方案中照明光源为两个或两个以上，且照明光源以等角度间隔在积分球内呈环形排布，且每个照明光源以相同的入射角照射至被测样品测试区域表面。环形布灯的方式可以消除测试的方向性影响，对于提高测试的复现性。

作为一种技术方案，所述的积分球为积分半球；本方案中积分半球的设置可以缩小设备的体积；本实用新型方案中所述的积分球内壁均涂有高反射率的漫反射涂层，照明光源发射的一部分直接出射光通过积分球底部的照明窗口并以规定的照射角直接照射至被测样品上，而照明光源发出的其余部分光线可以在积分球得到充分均匀混光。

作为一种技术方案，所述的照明窗口与照明光源一一对应；本方案中，由每个照明光源出射的一部分直射光直接由对应的照明窗口出射，进而照亮被测样品表面；照明光源与照明窗口的配合使得光源出射光以指定角度照射被测样品；

作为上述方案的一种实施方式，照明光源和照明窗口的数量均为一个；照明光源的一部分直射光直接由照明窗口出射并照亮被测样品表面；

作为上述方案的一种实施方式，照明光源数量和照明窗口的数量均为两个；每个照明光源的部分直射光分别由对应的照明窗口出射并照亮被测样品表面；

作为上述方案的一种实施方式，照明光源和照明窗口数量均为三个以上，每个照明光源的部分直射光直接由对应的照明窗口出射并照亮被测样品表面；作为优选，所述的照明光源与照明窗口成圆周排布或成环带排布。

作为一种技术方案，所述的积分球球壁上还设有监测窗口，且在所述监测窗口对应的出射光路上设有光学监测装置。本方案中光源发射出的部分光线入射积分球球壁，并在球内多次反射后混合均匀，进而通过积分球球壁上的监测窗口进入光学监测装置中，用于监控照明光源的波动，提高了测试系统的测试重复性。

作为优选，所述的光学监测装置为光度探测器或者光谱测量装置；其中光度探测器包括但不限于光电池、光电二极管、光电倍增管PMT，具有非常快的响应速度，便于实时检测照明光源的光输出变化。此外，光谱测量装置也可用于积分球内照明光源光波动的监测设备，通过光谱测量装置，可以检测各个波长下的光源波动，提供更加精确的光源监控，提升测量重复性。

作为一种技术方案，在所述的积分球的照明窗口和/或监测窗口处设有一个及以上的光阑。在照明窗口处的光阑设置确保照明窗口的出射光线以一定的光束宽度入射被测样品表面，如10°的光束宽度，并屏蔽其他杂散光；在监测窗口处光阑的设置确保进入光学监测装置的光线为积分球内壁多次漫反射之后的光线，防止照明光源的直射光进入光学监测装置。

作为一种技术方案，所述照明光源包括但不限于LED光源和/或卤钨灯。本方案中的照明光源可为白光LED、各种波长的彩色LED、紫外LED、卤钨灯中的一种或多种组合。通过多个照明光源的组合，其目的在于为测试样品提供所需的光谱范围。一般情况下，照明光源应覆盖380-780nm可见波段的测量波段，特殊测量场合，如荧光材料测试需要，还可设置紫外辐射光源（如紫外LED）；作为优选，当选用彩色的LED光源时，所述的同种颜色的LED光源关于积分球底部中心法线对称放置。

作为上述方案的优选，所述的照明光源可通过电流或电压调节实现输出光强度的调节，并且每个照明光源可单独调控；具体为每个LED光源和/或卤钨灯的光强单独可调。

作为一种技术方案，所述的照明光源的光轴与被测样品测试区域表面中心法线呈45°。照明光源对被测样品的照射光束的光轴与被测样品表面中心成45°照射至被测样品表面，进而实现45°定向照明。

作为一种技术方案，所述的光学测量装置设置在被测样品测试区域表面中心法线0°方向，所述的光学测量装置接收0°方向的反射光。

作为一种技术方案，在被测样品与所述的光学测量装置之间设有耦合透镜，被测样品表面的反射光通过耦合透镜耦合至光学测量装置的光输入端。本技术方案中，被测样品表面的反射光线通过耦合透镜耦合至光学测量装置的光输入端，此处，光学测量装置的光输入端为入射狭缝或者光纤输入端。

作为一种技术方案，其特征在于，还包括用于被测样品表面光泽度测量的第二照明装置和第二光学测量装置。通过第二照明装置和第二光学测量装置的设备，本实用新型还可实现被测样品表面光泽度的测量；本方案中所述的第二照明装置的数量为一个或一个以上，不同的第二照明装置以不同的照射角照射至被测样品表面，其中照射角为包括但不限于20°、60°和85°，第二光学测量装置对应的与第二照明装置相对样品测量区域的法线镜面对称设置。

作为一种实施方式，所述的第二照明装置包括第二照明光源和准直透镜，所述的第二光学测量装置为光度探测器，且在被测样品和第二光学测量装置之间设有会聚透镜；所述的第二照明光源发射的光经过准直透镜后变为平行光进而照射至被测样品表面，由被测样品表面的反射光经过会聚透镜后进而由第二光学测量装置接收。

【附图说明】

附图1为实施例1中本装置的示意图；

附图2为实施例1中积分球底部照明窗口的示意图；

附图3为实施例1中本装置的立体剖面示意图；

附图4为实施例2本装置的示意图；

1—照明装置；1-1—积分球；1-1-1—照明窗口；1-1-2—监测窗口；1-2—照明光源；2—光学测量装置；3—光学监测装置；4—耦合透镜；5—光阑; 6—第二照明装置；6-1—第二照明光源；6-2—准直透镜；7—第二光学测量装置，8-会聚透镜。

【具体实施方式】

实施例1

如图1、2、3所示，本实施公开一种测色装置，包括照明装置1和光学测量装置2，其特征在于，所述的照明装置1包括积分球1-1和设置在积分球1-1内壁上设有八个照明光源1-2，且所述的照明光源1-2呈圆周排布；在所述积分球1-1底部设有一个及以上与照明光源1-2一一对应的八个照明窗口1-1-1；所述的照明光源1-2发出的光线通过与之对应的照明窗口1-1-1直接照射在被测样品表面，且每个照明光源1-2的光轴与被测样品测试区域中心法线呈45°；与此同时，在被测样品测试区域中心法线0°方向的反射光路上还设有耦合透镜4和光学测量装置2，被测样品测试区域表面在0°方向的反射光线经一部经过耦合透镜4后耦合至所述的光学测量装置2的光接收端进行实现光学测量；此外，在积分球1-1的球壁上还设有监测窗口1-1-2，且在监测窗口1-1-2对应的出射光路上设有光学监测装置3，用来积分球1-1内的光变化，进而用于对测试结果进行修正；本实施例中，所述的光学测量装置2为光谱测量装置；所述的光学监测装置3为光度探测器；所述的积分球1-1为积分半球；所述的照明光源1-2由一个紫外LED、两个红光LED、两个绿光LED、两个蓝光LED以及一个卤钨灯构成，其光谱在可见光波段内具有均匀的能量分布。

实施例2

如图4所示，本实施例公开一种测色装置，包括照明装置1和光学测量装置2，所述的照明装置1包括积分球1-1和设置在积分球1-1内壁上设有十六个照明光源1-2，且所述的照明光源1-2呈圆周排布；在所述积分球1-1底部设有一个及以上与照明光源1-2一一对应的十六个照明窗口1-1-1；所述的照明光源1-2发出的光线通过与之对应的照明窗口1-1-1直接照射在被测样品表面，且每个照明光源1-2的光轴与被测样品测试区域中心法线呈45°；与此同时，在被测样品测试区域中心法线0°方向的反射光路上还设有耦合透镜4和光学测量装置2，被测样品测试区域表面在0°方向的反射光线经一部经过耦合透镜4后耦合至所述的光学测量装置2的光接收端进行实现光学测量；此外，在积分球1-1的球壁上还设有监测窗口1-1-2，且在监测窗口1-1-2对应的出射光路上设有光学监测装置3，用来积分球1-1内的光变化，进而用于对测试结果进行修正；本实施例中，所述的光学测量装置2为光谱测量装置；所述的光学监测装置3为光度探测器；所述的积分球1-1为积分半球；所述的照明光源1-2由十六颗具有不同发射波长的LED光源组成，其组成光谱可覆盖380-780nm的光谱范围；

此外，本实施例中在还设有对被测样品表面光泽度进行测量的第二照明装置6，且所述的第二照明装置6包括第二照明光源6-1和准直透镜6-2，第二照明光源发出的光线经过准直透镜6-2后以60°平行光照射至被测样品表面，进而被测样品表面的反射光线由第二光学测量装置7接收测量，其中所述的第二光学测量装置7为光度探测器。

需要强调的是，以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种测色装置，包括照明装置（1）和光学测量装置（2），其特征在于，所述的照明装置（1）包括积分球（1-1）和一个及以上的照明光源（1-2），其中所述的照明光源（1-2）设置于积分球（1-1）内部；在所述积分球（1-1）底部设有照明窗口（1-1-1）；所述照明光源（1-2）的一部分直射光直接由照明窗口（1-1-1）出射并照亮被测样品表面；被测样品表面反射的光线由所述光学测量装置（2）接收。

2.如权利要求1所述的测色装置，其特征在于，所述的照明光源（1-2）在积分球（1-1）内以等间隔环形方式排布，且每个照明光源（1-2）以相同的入射角照射至被测样品测试区域表面。

3.如权利要求 2所述的测色装置，其特征在于，所述的照明窗口（1-1）与照明光源（1-2）一一对应设置。

4.如权利要求1、2、3中任意一项所述的测色装置，其特征在于，所述的积分球（1-1）球壁上还设有监测窗口（1-1-2），且在所述监测窗口（1-1-2）的出射光路上设有光学监测装置（3）。

5.如权利要求1、2、3中任意一项所述的测色装置，其特征在于，所述的积分球（1-1）为积分半球。

6.如权利要求1、2、3中任意一项所述的测色装置，其特征在于，所述照明光源（1-2）包括但不限于LED光源、卤钨灯。

7.如权利要求1、2、3中任意一项所述的测色装置，其特征在于，所述的照明光源（1-2）的光轴与被测样品测试区域中心法线呈45°；所述的光学测量装置（2）设置在被测样品测试区域中心法线方向。

8.如权利要求7所述的测色装置，其特征在于，在被测样品与所述的光学测量装置（2）之间设有耦合透镜（4），被测样品表面的反射光通过耦合透镜（4）耦合至光学测量装置（2）的光输入端。

9.如权利要求 4所述的测色装置，其特征在于，在所述的积分球（1-1）的照明窗口（1-1-1）和/或监测窗口（1-1-2）处设有一个及以上的光阑（5）。

10.如权利要求1、2、3中任意一项所述的测色装置，其特征在于，还包括用于被测样品表面光泽度测量的第二照明装置（6）和第二光学测量装置（7）。