CN202793591U - 45度环形照明反射光谱分光光度光路装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，在一积分球体内悬挂一个0°测量黑腔，0°测量黑腔内有会聚透镜，顶部有0°测试孔，0°测量黑腔下面对应地有一准直透镜，围绕0°测量黑腔，自积分球体中部向下依次设有二层环形光阑，二层环形光阑上方为积分球体半球下表面，二层环形光阑上和积分球体半球下表面上均开有环形透光狭缝，光线通过积分球体半球下表面和二层环形光阑上的透光狭缝，与被测样品表面法线成450的夹角，在积分球体半球下表面上环绕0°测量黑腔均匀布设有多个LED光源阵列。本实用新型的优点是；使LED光源的发光在半球体内充分均匀化；保证了测试光谱的完整性；保证了测量的重复性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测试光路装置，特别涉及一种45度环形照明反射光谱分光光度光路装置。
背景技术
在反射光谱分光光度计仪器中，测试光源的选择是至关重要的，在测试光源的照明条件下，颜色的测量结果应该与人眼在自然光下观察物体的真实颜色基本一致的。现有的技术一般都是采用脉冲氙灯作为测试光源，但是由于氙灯的结构多为长条形，很难实现测试区域均匀照明。照明与测试的几何条件也很重要，这直接影响到测试结果的精度和重复性，在现有的测色仪器中，样品反射光谱的测量，45°/垂直（符号为45/0）的照明与测试结构是可以获得与人眼感觉相近的测量结构。国家标准中对45/0测量结构有三个评价指标：复现性，重复性和示值误差。光源对三个评价指标的影响主要体现在：复现性的指标主要和光源从不同方向对被测样品的照射均匀度有关；示值误差的优劣主要和光源在可见光范围内是否分布均匀有关；重复性主要和光源的稳定性有关。但是这种结构容易出现光线不足以及定向问题，即当测试样品在自身平面旋转时会导致测试的数据差别很大。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是要提供一种光源均匀分布的45度环形照明反射光谱分光光度光路装置。
为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，在一积分球体内悬挂一个0°测量黑腔，0°测量黑腔内有会聚透镜，顶部有0°测试孔，0°测量黑腔下面对应地有一准直透镜，围绕0°测量黑腔，自积分球体中部向下依次设有二层环形光阑，二层环形光阑上方为积分球体半球下表面，二层环形光阑上和积分球体半球下表面上均开有环形透光狭缝，光线通过积分球体半球下表面和二层环形光阑上的透光狭缝，与被测样品表面法线成450的夹角，在积分球体半球下表面上环绕0°测量黑腔均匀布设有多个LED光源阵列。
所述0°测量黑腔内表面涂覆黑色吸光材料，并带有螺纹结构，去除由0°测量黑腔内透镜聚焦时产生的杂散光。
所述积分球体上半部的内球形表面均匀涂满高反射率漫反射材料。所述积分球体半球下表面是一平面，表面采用高光泽镜面作为表面。使LED光源发出的光在其内部进行充分地漫反射，使光线在积分球体内部均匀分布，实现很好的匀光效果。
所述积分球体上半部球壁上开有监测光源波动的小孔，作为参考光路。为了防止LED光源发出来的光没有经过积分球球体的均匀化而直接入射到参考光路，在小孔附近的积分球体半球下表面处设有参考光路挡板。保证任意一个LED光源的出射光不会直接入射到参考光路，入射到参考光路的光是经过积分球球体均匀化后的漫反射光。参考光路的作用是为了监测光源强度波动，对参考光路和测量主光路进行同时测试，可以去除光源波动对测量产生的影响。
所述多个LED光源阵列，每个LED光源有驱动电源和半球形光扩散罩，半球形光扩散罩将LED光源均匀射向积分球体的上半部，均匀化后的光通过积分球体半球下表面及二层环形光阑上的透光狭缝，直至下面的准直透镜。积分球半球下表面开设一透光狭缝，经过积分球半球均匀化后的光线从狭缝出射，经过两个光阑后入射至透镜，光线经过该透镜后变为平行光投射到被测物体表面。LED光源采用12个大功率LED光源进行匹配，其中每组6个LED光源经过精确的光谱叠加匹配，获得所需要测量光谱范围内全部波段的光谱；此外，在空间排布上，两组LED光源成中心对称分布，便于光源在空间内充分混合和均匀分布。为了弱化LED光源本身发光角度的影响，在每个LED光源上设计了半球形光扩散罩，使每个LED发光的光强角分布为近似朗伯体，扩大了LED光源的发光角度，便于各波段的光谱在积分球体半球体内进行充分地混合。
所述准直透镜底部有测试样品口。光线以与被测样品表面45度角方向投射，经样品反射后变为与被测样品表面结构相关的漫射光。漫射光中0度反射光部分经过聚焦透镜和测试黑腔内透镜组成的光路作用后汇聚于0度测试孔。至此实现了被测样品表面环形光源45度光入射，0度检测。
本实用新型的优越功效在于：
1）实现了测试光源的均匀性：通过积分球半球的作用使LED光源的发光在半球体内充分均匀化，使得在射狭缝处得光强均匀，保证了从各个方向入射到被测样品表面的光是近似相等的，即减小了由于不同方向入射光强度差异对测量结果产生的影响；
2）采用多个LED匹配使得从狭缝处射出的光光谱分布在被检测光谱范围内都有足够的强度，保证了测试光谱的完整性；
3）在积分半球内设置参考光路，通过监测光源波动来消除光源波动对测量产生的影响，保证了测量的重复性。
附图说明
图1为本实用新型的剖视结构示意图；
图2为本实用新型的立体结构示意图；
图3为本实用新型单一LED光源的结构示意图；
图4为本实用新型LED光源阵列的结构示意图；
图中标号说明
1—单一LED光源； 2—半球形光扩散罩；
3—驱动电源；
10—测试样品口； 11—积分球体下半部；
12—积分球体上半部； 13—准直透镜；
14—环形光阑C； 15—环形光阑B；
16—积分球体半球下表面； 17—透光狭缝；
18—环形透光狭缝P； 19—环形透光狭缝Q；
20—LED光源的驱动电源阵列； 21—LED光源阵列；
22—半球形光罩阵列； 23—0°测量黑腔；
24—会聚透镜； 25—螺纹结构；
26—0°测试孔； 27 —小孔；
28—参考光路挡板； 29—分光光路M；
30—传感器和信号处理电路J； 31—分光光路N；
32—传感器和信号处理电路K。
具体实施方式
请参阅附图所示，对本实用新型作进一步的描述。
如图1和图2所示，本实用新型提供了一种45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，在一积分球体内悬挂一个0°测量黑腔23，0°测量黑腔23内有会聚透镜24，顶部有0°测试孔26，0°测量黑腔23下面对应地有一准直透镜13，围绕0°测量黑腔23，自积分球体中部向下依次设有二层环形光阑B15、C14，二层环形光阑上方为积分球体半球下表面16，环形光阑B15、环形光阑C14和积分球体半球下表面16上均开有环形透光狭缝P18和环形透光狭缝Q19，光线通过积分球下表面16、环形光阑B15和环形光阑C14上的环形透光狭缝17、环形透光狭缝P18和环形透光狭缝Q19后，与被测样品表面法线成450的夹角，在积分球体半球下表面16上环绕0°测量黑腔均匀布设有多个LED光源阵列21。
所述0°测量黑腔23内表面涂覆黑色吸光材料，并带有螺纹结构25，去除由0°测量黑腔23内透镜聚焦时产生的杂散光，并且进一步限制最终入射到0°测试孔26的光线。
所述积分球体上半部12的内球形表面均匀涂满硫酸钡，使LED光源阵列21发出的光在其内部充分地漫反射，使光线在积分球体内部均匀分布。所述积分球体半球下表面16是一平面，表面采用高光泽镜面作为表面。使LED光源发出的光在其内部进行充分地漫反射，使光线在积分球体内部均匀分布，实现很好的匀光效果。
所述积分球体上半部12球壁上开有监测光源波动的小孔27，作为参考光路。为了防止LED光源发出来的光没有经过积分球球体的均匀化而直接入射到参考光路，在小孔27附近的积分球体半球下表面16处设有参考光路挡板28。保证任意一个LED光源的出射光不会直接入射到参考光路，入射到参考光路的光是经过积分球球体均匀化后的漫反射光。参考光路的作用是为了监测光源强度波动，对参考光路和测量主光路进行同时测试，可以去除光源波动对测量产生的影响。
如图3所示，所述多个LED光源阵列21，每个LED光源1有驱动电源3和半球形光扩散罩2，半球形光扩散罩2将LED光源1均匀射向积分球体的上半部12，均匀化后的光通过积分球下表面16、环形光阑B15和环形光阑C14上的环形透光狭缝17、环形透光狭缝P18和环形透光狭缝Q19后，直至下面的准直透镜13。积分球半球下表面16开设一透光狭缝17，经过积分球半球均匀化后的光线从透光狭缝17出射，经过两个光阑后入射至透镜13，光线经过该透镜13后变为平行光投射到被测物体表面。如图4所示，LED光源采用12个大功率LED光源1进行匹配，其中每组6个LED光源1经过精确的光谱叠加匹配，获得所需要测量光谱范围内全部波段的光谱；此外，在空间排布上，两组LED光源1成中心对称分布，便于光源在空间内充分混合和均匀分布。为了弱化LED光源本身发光角度的影响，在每个LED光源上设计了半球形光扩散罩2，使每个LED发光的光强角分布为近似朗伯体，扩大了LED光源的发光角度，便于各波段的光谱在积分球体半球体内进行充分地混合。
所述准直透镜13底部有测试样品口10。
多个LED光源阵列21发出的光经过半球形光扩散罩阵列22充分的扩散后，发散到整个积分球上半部12中，光线在积分球上半部21中，经过完全漫反射之后，由环形透光狭缝17透射出来，变为环形带状光源，再分别经过环形透光狭缝P18和环形透光狭缝Q19，进一步限制光源入射角度，入射到准直透镜13上的光源可近似看作由一系列点光源组成的环形光源。准直透镜13将入射到其上的光变为与测试样品成45°角的平行光源，此平行光源照射到测试样品上，实现了环形45°的照明测试结构。
0°测量孔26设置在与测试样品垂直的积分球上半部12的顶端。环形45°平行光源照射到测试样品10上，在测试样品10表面发生漫反射，漫反射光源经过准直透镜13会聚，会聚后的光源进入0°测量黑腔23，再经过会聚透镜24后进入黑腔的螺纹结构25，到达0°测量孔26。
0°测量黑腔23限制入射到会聚透镜24和0°测试孔26的光线，保证0°测试条件。
会聚透镜24会聚入射到其上的光线。
0°测试孔26为测试样品的测试孔，参考光路测试孔27为参考光路测试孔，后接分光光路M29、N31、传感器及电路处理单元J30、K32。
Claims (7)
1.一种45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，其特征在于：在一积分球体内悬挂一个0°测量黑腔，0°测量黑腔内有会聚透镜，顶部有0°测试孔，0°测量黑腔下面对应地有一准直透镜，围绕0°测量黑腔，自积分球体中部向下依次设有二层环形光阑，二层环形光阑上方为积分球体半球下表面，二层环形光阑上和积分球体半球下表面上均开有环形透光狭缝，光线通过积分球体半球下表面和二层环形光阑上的透光狭缝，与被测样品表面法线成450的夹角，在积分球体半球下表面上环绕0°测量黑腔均匀布设有多个LED光源阵列。
2.根据权利要求1所述的45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，其特征在于：所述多个LED光源阵列，每个LED光源有驱动电源和半球形光扩散罩，半球形光扩散罩将LED光源均匀射向积分球体的上半部，均匀化后的光通过积分球体半球下表面及二层环形光阑上的透光狭缝，直至下面的准直透镜。
3.根据权利要求1所述的45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，其特征在于：所述0°测量黑腔内表面涂覆黑色吸光材料，并带有螺纹结构。
4.根据权利要求1所述的45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，其特征在于：所述积分球体上半部的内球形表面均匀涂满高反射率漫反射材料。
5.根据权利要求1所述的45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，其特征在于：所述积分球体半球下表面是一平面，表面采用高光泽镜面作为表面。
6.根据权利要求1所述的45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，其特征在于：所述积分球体上半部球壁上开有监测光源波动的小孔，作为参考光路，在小孔附近的积分球体半球下表面处设有参考光路挡板。
7.根据权利要求1所述的45度环形照明反射光谱分光光度光路装置，其特征在于：所述准直透镜底部有测试样品口。
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