專利名稱：改良的實(shí)時(shí)測(cè)角分光光度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一次或二次光源的測(cè)角分光光度計(jì)、測(cè)角分光輻射度計(jì)、測(cè)角光度計(jì)或測(cè)角輻射度測(cè)量的使用，包括顏色測(cè)量、散射測(cè)量、多角光散射(MALS)和光束成型領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
測(cè)角分光光度計(jì)用于特征化光譜作為光源(例如LED)角度的函數(shù)，也用于涂敷或噴印有顏料或墨水中測(cè)角明顯(gonioapparent)或珍珠光顏料的材料。傳統(tǒng)商業(yè)上可獲得的系統(tǒng)通過使用連接至光譜分光計(jì)的光纖并把光纖在光源或樣品周圍移動(dòng)，或通過使用定位在一系列固定角度的一系列分光計(jì)而獲得測(cè)角光譜。對(duì)在光源周圍的單一方位角上多個(gè)天頂角的測(cè)量時(shí)間典型地在1-20分鐘的范圍內(nèi)。
傳統(tǒng)實(shí)際使用探測(cè)系統(tǒng)(例如光纖連接的攝譜儀)在光源周圍機(jī)械的掃描。圖1說(shuō)明了傳統(tǒng)測(cè)角分光光度計(jì)100的示意曲線。例如，測(cè)角分光光度計(jì)100的探測(cè)器系統(tǒng)103可以是連接至光譜分光計(jì)的光纖光纜，以提供與光源101相關(guān)的光譜數(shù)據(jù)。同樣地，探測(cè)器系統(tǒng)103在光源101的光輻射的接收中是高度定向的，因此能夠配置成沿光源101的單一方位角的以大體單一天頂角接受光。在探測(cè)器系統(tǒng)103和光源101之間的距離典型地在“近場(chǎng)”區(qū)域內(nèi)，但也可以是在“遠(yuǎn)場(chǎng)”區(qū)域。此“遠(yuǎn)場(chǎng)”區(qū)域以距光源101的距離足夠遠(yuǎn)為特征，從而光源101能夠被看作點(diǎn)源。在兩個(gè)區(qū)域之間的拇指邊界(thumb boundary)的通常使用的規(guī)則是“五倍規(guī)則(Five-TimesRule)”，其中探測(cè)器系統(tǒng)103放置在距光源101的一個(gè)距離上以至于這個(gè)距離是光源101的橫向范圍的至少五倍。
在操作中，探測(cè)器系統(tǒng)103在光源101周圍掃描并停止在一系列預(yù)定天頂角的每一個(gè)位置上以用光譜計(jì)測(cè)量光譜。因此，可以獲得對(duì)光源101周圍的單一方位角作為角度的位置函數(shù)的光譜掃描。在一些實(shí)施例中，探測(cè)器系統(tǒng)103能夠沿在以光源101的中心為球心的球上的大圓上旋轉(zhuǎn)。探測(cè)器系統(tǒng)103也能夠定向從而以起源于球的中心的小的立體角內(nèi)收集光。
圖2說(shuō)明一個(gè)實(shí)例，其中光源101由光束105所照射。光束107是照射光束105從光源101處的一個(gè)反射。如圖2所示，光源101可以是沉淀在基體或基底109上的材料。在一些測(cè)試情況下，光束105的散射在探測(cè)器系統(tǒng)103中測(cè)量。在一些測(cè)試情況下，來(lái)自光源101的光是在照射光束105被激發(fā)之后發(fā)光的結(jié)果。
然而，在每個(gè)角度位置進(jìn)行光譜掃描花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行。因此，如圖1和2所示的那些系統(tǒng)可能是非常慢的。如上述，在各個(gè)方位角的光譜掃描可能花費(fèi)大約20分鐘。因此，那個(gè)掃描的角度分布能夠涉及幾百至幾千分鐘(依賴于角的數(shù)量)去進(jìn)行。
圖3說(shuō)明了在某種程度上減少了掃描時(shí)間的測(cè)角分光光度計(jì)300。如圖3所示，測(cè)角分光光度計(jì)300包括多個(gè)探測(cè)器系統(tǒng)301-1至301-N。探測(cè)器系統(tǒng)301-1至301-N被固定在光源101周圍的特別角度上，從而每一個(gè)都在特定的天頂角θ1至θN上接受來(lái)自光源101的光。如上述，探測(cè)器系統(tǒng)301-1至301-N的每一個(gè)都可以包括一個(gè)定位成與光源101成方位角θ1至θN上接收光的光纖。探測(cè)器系統(tǒng)301-1至301-N的每一個(gè)可以包括在天頂角θ1至θN相應(yīng)的一個(gè)上提供光譜的分光計(jì)。
圖4說(shuō)明了被用于把由光束105照射的光源101特征化的測(cè)角分光光度計(jì)300。可能在基底109上的光源101反射、發(fā)光或是發(fā)射響應(yīng)照射光束105的光。照射光束105被光源101反射成反射光束107。
雖然圖3和4所示的測(cè)角分光光度計(jì)300的實(shí)施例減少了需要提供給光源101的光譜掃描時(shí)間，但是它們很昂貴，因?yàn)樘綔y(cè)器系統(tǒng)301-1至301-N的每一個(gè)都是獨(dú)立的探測(cè)器系統(tǒng)，所述獨(dú)立的探測(cè)器系統(tǒng)需要獨(dú)立的分光計(jì)。另外，測(cè)角分光光度計(jì)300需要校準(zhǔn)多個(gè)探測(cè)器系統(tǒng)301-1至301-N。而且，由于用于固定其它探測(cè)器系統(tǒng)301-1至301-N就位的固定物的機(jī)械障礙，測(cè)量連續(xù)的角頻譜可能有困難。
因此，對(duì)于需要測(cè)角光譜分光的分析的應(yīng)用，需要從材料樣本或光源經(jīng)濟(jì)而快速地獲得光的色譜的角度相關(guān)性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，測(cè)角分光光度計(jì)包括拋物線的反射鏡，所述拋物線的反射鏡允許在拋物線焦點(diǎn)的光源的角間距的光轉(zhuǎn)換成直線間距。然后單一的衍射元件和表面照相機(jī)能夠同時(shí)用于測(cè)量光源的角光譜。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例獲得角光譜的方法包括從光源拋物線地反射光以提供光束，所述光束包括與光源成特定方位角的一個(gè)天頂角范圍的光，光譜地分散光束的光；捕捉相應(yīng)光束的測(cè)角光譜，所述測(cè)角光譜包括相應(yīng)于天頂角范圍的光譜。在一些實(shí)施例中，光束包括一系列離散的光束，這一系列離散的光束中的每一個(gè)相應(yīng)于在天頂角范圍內(nèi)一個(gè)天頂角。在一些實(shí)施例中，這一系列離散的光束可以被校準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，從光束光譜分散的光包括在射線光柵中的衍射光束。在一些實(shí)施例中，光束可以在光譜分散之前聚焦。在一些實(shí)施例中，捕捉測(cè)角光譜包括探測(cè)在天頂角范圍內(nèi)相應(yīng)于多個(gè)天頂角的衍射光柵的光譜。在一些實(shí)施例中，光譜是零次光譜，雖然更高次的光譜可以使用。在一些實(shí)施例中，衍射光柵的光譜能夠在屏幕上投影。在一些實(shí)施例中，探測(cè)光譜包括數(shù)字地捕捉在數(shù)字照相機(jī)內(nèi)的光譜的鏡象。照相機(jī)可以是CCD陣列。在一些實(shí)施例中，光源可以是由照射光束照射的一個(gè)樣本。在一些實(shí)施例中，照射光束來(lái)源于通過光纖連接至相同的照射光源上的光源。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的測(cè)角光譜分度計(jì)可以包括拋物線形的反射器，所述反射器定位成接收光源的光并產(chǎn)生光束；光譜元件，所述光譜元件定位成接收拋物線形的反射器的光束并產(chǎn)生離散的光束；和光探測(cè)器系統(tǒng)，所述光探測(cè)器系統(tǒng)連接成探測(cè)離散光束的測(cè)角光譜。在一些實(shí)施例中，拋物線形的反射器可以包括反射和非反射材料交替的條。在一些實(shí)施例中，測(cè)角光譜分度計(jì)可以包括定位在拋物線形反射器和衍射元件之間的校準(zhǔn)元件。此校準(zhǔn)元件可以是一系列平行的板。在一些實(shí)施例中，光譜元件可以是衍射光柵。在一些實(shí)施例中，光學(xué)探測(cè)器系統(tǒng)包括定位成捕捉測(cè)角光譜的照相機(jī)。在一些實(shí)施例中，照相機(jī)可以是CCD陣列。在一些實(shí)施例中，照相機(jī)可以是數(shù)字照相機(jī)。在一些實(shí)施例中，測(cè)角光譜分度計(jì)可以包括耦合在光譜元件和探測(cè)器之間的聚焦光學(xué)元件以把光聚焦至照相機(jī)。在一些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)能夠被連接至光學(xué)探測(cè)器系統(tǒng)以分析由光學(xué)探測(cè)器系統(tǒng)探測(cè)的測(cè)角光譜。
用根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的測(cè)角光譜分度計(jì)檢測(cè)工件的方法包括提供照射光源；定位工件，從而工件的一部分被照射光源所照射；收集在拋物線形反射器上的相應(yīng)于天頂角范圍的這部分工件的離散的光并形成從拋物線形反射器所反射的光束；衍射此光束以形成衍射光束；探測(cè)衍射光束的測(cè)角光譜；確定是否測(cè)角光譜落入在規(guī)定范圍內(nèi)；基于確定是否測(cè)角光譜在規(guī)定范圍內(nèi)落下的結(jié)果通過或拒收工件。在一些實(shí)施例中，提供照射光源包括把光從燈連接至光纖，所述光纖放置在工件的上面。在一些實(shí)施例中，衍射光束以形成離散的光束包括在光束中定位衍射光柵。在一些實(shí)施例中，探測(cè)測(cè)角光譜包括用位置感光探測(cè)器測(cè)量衍射光束。位置感光探測(cè)器可以是CCD陣列。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了獲得測(cè)角光譜分度分析需要使用的色譜與材料樣本或光源的角度的關(guān)系曲線的快速方法。根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于許多其它應(yīng)用領(lǐng)域，例如測(cè)角儀、固定多角儀和具有橢圓物鏡的離散計(jì)。
本發(fā)明的這些和其他實(shí)施例參照如下圖形將下下面進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1說(shuō)明探測(cè)器系統(tǒng)在光源周圍掃描的測(cè)角光譜分度計(jì)的一個(gè)實(shí)施例；圖2說(shuō)明如圖1所示的光源是照明的材料的測(cè)角光譜分度計(jì)的一個(gè)實(shí)施例；圖3說(shuō)明包括位于光源周圍固定角度上的多個(gè)探測(cè)器/分光計(jì)的測(cè)角光譜分度計(jì)的一個(gè)實(shí)施例；圖4說(shuō)明圖3所示的光源是照明材料的測(cè)角光譜分度計(jì)的一個(gè)實(shí)施例；圖5說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的測(cè)角光譜分度的儀器；圖6說(shuō)明能夠被用于本發(fā)明的實(shí)施例中的拋物線形反射器的一個(gè)實(shí)施例；圖7說(shuō)明能夠被用于本發(fā)明的實(shí)施例中的準(zhǔn)直儀的一個(gè)實(shí)施例；圖8A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)角光譜分度計(jì)的實(shí)施例的截面圖；
圖8B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)角光譜分度計(jì)的實(shí)施例的圖8A所示的沿AA方向的截面圖；圖8C說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)角光譜分度計(jì)的實(shí)施例中由探測(cè)器所探測(cè)的樣本測(cè)角光譜；圖9說(shuō)明在生產(chǎn)過程中根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)角光譜分度計(jì)的使用。
在這些圖中，具有相同名稱的元件具有相同或相似的功能。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一些實(shí)施例在30毫秒內(nèi)獲得大于90°的角度范圍的完全的測(cè)角的光譜(測(cè)角光譜)。帶著定位在拋物線焦點(diǎn)處的光源的拋物線形反射器的使用允許在一系列離散的角度上數(shù)據(jù)的即時(shí)捕捉。通過這樣的構(gòu)造，具有角度的發(fā)射光轉(zhuǎn)化成準(zhǔn)直射束，與拋物線軸平行地傳播。因此，帶著角度發(fā)射的光然后在反射束的橫截面上相對(duì)拋物線形反射器的軸直線并放射性地分布，具有角度和半徑的二次方的一對(duì)一的關(guān)系。
在反射光束中的連接至CCD表面?zhèn)鞲衅鞯难苌涔鈻呕蚱渌庾V分散元件對(duì)由拋物線形反射器所收集的所有角度提供即時(shí)的測(cè)量。在一些實(shí)施例中，沿拋物線形反射器的狹縫可以作為衍射光柵分光計(jì)的進(jìn)入孔?？蛇x擇地，拋物線形反射器本身可以是一個(gè)拋物線的一薄段?？蛇x擇的有角的視野-范圍(FOV)元件能夠限制在光柵上的入射光的有角擴(kuò)散。可選擇的光擋板可以定位在光源和光柵之間。這樣一個(gè)擋板可以阻礙光直接從光源散發(fā)。在一些實(shí)施例中，準(zhǔn)直儀可以定位在拋物線形反射器和光譜分散元件之間。在一些實(shí)施例中，或者準(zhǔn)直儀，或者拋物線形反射器可以產(chǎn)生一系列平行的光速，其中每一束平行的光束對(duì)應(yīng)一個(gè)離散的天頂角。角強(qiáng)度分布圖通過把每一個(gè)天頂角上的光譜集合一起而獲得?？蛇x擇地，強(qiáng)度分布圖能夠使用位于校直的光束間距的直線形陣列而沒有光譜分散元件而獲得。
圖5說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)角光譜分度計(jì)500的一個(gè)實(shí)施例。光源101位于拋物線形反射器520的焦點(diǎn)上。光源101可以是照射源，例如LED、燈泡或其它發(fā)光源?？蛇x擇地，光源101可以是反射(離散)光或根據(jù)照射光束(在圖5未出示)而發(fā)熒光的照射材料。此外，狹縫(未出示)可以定位在光源101和拋物線形反射器502之間以作為進(jìn)入狹縫。這樣的進(jìn)入狹縫能夠定位成允許從光源101來(lái)的光相應(yīng)于天頂角θ的范圍同時(shí)僅允許在特定方位角周圍的窄帶光進(jìn)入。
光源101能夠根據(jù)拋物線形反射器502的拋物線軸以任意角度、頂點(diǎn)和方位角(è，)定向。拋物線形反射器502可以是任何拋物線形的表面，所述表面在由測(cè)角分光光度計(jì)500所測(cè)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射光。在一些實(shí)施例中，拋物線形反射器502可以是軸外拋面鏡的一段。然后，拋物線形反射器502捕捉相應(yīng)于在特定方位角處天頂角θ范圍的光。
在一些實(shí)施例中，光源101可以由照射樣本制成。在一些實(shí)施例中，燈和多模型光纖束可以被用于把照射光傳遞至樣本以產(chǎn)生光源101。在一些實(shí)施例中，具有大約0.55的數(shù)值孔徑的各個(gè)具有公稱直徑40μm的光纖組成的2.4mm直徑光纖束能夠被用于把光傳遞至材料以形成光源101。來(lái)自由直流電能供應(yīng)所驅(qū)動(dòng)的高強(qiáng)度鎢燈絲燈的光或來(lái)自高強(qiáng)度脈沖的氙閃光燈的光能夠連接至光纖。任何其它燈也可以使用，依賴于光波長(zhǎng)度的范圍，所述光波長(zhǎng)度在調(diào)查研究中。
在天頂角θ1和θ2之間的光源101的光的散射對(duì)向拋物線形反射器502。另外，拋物線形反射器502可以設(shè)定在特別的方位角上。在一些實(shí)施例中，拋物線形反射器502可以橫斷大于90°的|θ2-θ1|的天頂角，但是也可以使用橫斷少于方位角的展開范圍的拋物線形反射器502。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，拋物線形反射器502可以包括狹縫孔或否則是反射材料的窄帶以在角θ1和θ2之間的特定離散天頂角處反射光。在一些實(shí)施例中，拋物線形反射器502可以是持續(xù)的反射器，反射相應(yīng)于在天頂角θ1至θ2范圍內(nèi)的所有角的光。在一些實(shí)施例中，拋物線形物鏡502可以是薄的，從而僅從預(yù)定方位角周圍的窄范圍的方位角收集光。在一些實(shí)施例中，拋物線形反射器能夠在從初始經(jīng)機(jī)械加工的部件的復(fù)制過程中形成。
圖6說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的拋物線形物反射器502的一部分的橫截面。圖6所示的拋物線形物反射器502的實(shí)施例包括反射區(qū)域601和非反射區(qū)域602。非反射區(qū)域可以是在拋物線形反射器502上的吸收帶或可以是制在拋物線形反射器502內(nèi)的狹縫。光束603由從光源101通過反射而產(chǎn)生，然后，可以包括一系列離散的光束，在這一系列離散的光束中的每一束對(duì)應(yīng)于在相應(yīng)的特定天頂角θn處所收集的光。光源101的光實(shí)質(zhì)上以平行光線的方式從拋物線形物鏡502處被反射，所述平行光線的每一束光線都與光源101成相應(yīng)天頂角處與從光源101所發(fā)射的光相關(guān)。在一些實(shí)施例中，能夠獲得大約5/8的天頂角數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)與用于表觀測(cè)角材料的ASTM起草的標(biāo)準(zhǔn)WK1164一致。光束603從拋物線形反射器502粗反射，然后能夠處于光的偽-校直的薄光束形式，每一個(gè)光束相應(yīng)于在角θ1和θ2之間的不同的頂角。拋物線形反射器302的一些實(shí)施例提供連續(xù)的光束603，其中在特定天頂角θn處所發(fā)射的光相應(yīng)于光束603中的特定位置。
在一些實(shí)施例中，拋物線形反射器502可以具有大約10mm的焦點(diǎn)尺寸。然而，通常，拋物線形反射器502可以具有任何焦點(diǎn)尺寸。具有10mm焦點(diǎn)尺寸的情況下，光源101可以具有大約1mm的橫向長(zhǎng)度并保持角度分辨率至幾度。在操作中，光源101定位在拋物線形反射器502的焦點(diǎn)上。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，從拋物線形反射器502反射的光束603可以進(jìn)一步被圖5所示的校直器504校直。如圖7所示，在一些實(shí)施例中，校直器504可以是由隔板(未出示)分離的薄板701的機(jī)械陣列，所述隔板進(jìn)一步縮窄視野。在一些實(shí)施例中，校直器504可以包括任何交替透明和反射表面的排列，所述排列進(jìn)一步校直光束603。在實(shí)施例中，其中光束603包括一系列離散的光束，校直器504可以包括相應(yīng)的一系列平行板。在一些實(shí)施例中，其中光束603是連續(xù)的光束，校直器504可以包括一系列平行板從而激發(fā)校直器504的光束603包括一系列的離散光束。在一些實(shí)施例中，校直器504可以包括一對(duì)板以整體上校直光束603。
另外，在一些實(shí)施例中，光隔板503(圖5)可以被相鄰光源101固定以阻隔光源101的光，所述光在來(lái)自進(jìn)入校直器504的方位角在θ1至θ2范圍外。在使用連續(xù)光束603的實(shí)施例中，校直器504可省略。
參照?qǐng)D5，光束603導(dǎo)向至光譜元件506上，所述光束603可以或不可包括離散光束。光譜元件506可以是光譜上分散光束603內(nèi)的光的任何裝置。
在一些實(shí)施例中，引入聚焦光學(xué)器件505以導(dǎo)向光束603至光譜元件506上。在一些實(shí)施例中，聚焦光學(xué)器件505可以是圓柱光束形光學(xué)器件，所述圓柱光束形光學(xué)器件在入射至光譜元件506之前減小平行光束的線性長(zhǎng)度。在一些實(shí)施例中，聚焦光學(xué)器件505可以包括由校直透鏡512所跟隨的聚焦透鏡511。
光譜元件506可以包括任何把光束分離成各自波長(zhǎng)的裝置，例如衍射光柵或三棱鏡。在一些實(shí)施例中，使用具有帶著1500線/mm的傳送光柵的衍射光柵，優(yōu)選地為最大效率在大約360至800nm的光譜范圍上。典型地，光束603被光譜元件506所衍射成多序列光譜。然后，測(cè)角光譜分布能夠通過測(cè)量在光束603的一個(gè)衍射序列的光強(qiáng)度而確定。來(lái)自光譜元件506的衍射光束在圖5中出示作為光譜507。光譜507包括衍射的所有序列。圖8C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)角分光光度計(jì)的一個(gè)實(shí)施例，所述實(shí)施例使用零次衍射。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到測(cè)角光譜也能夠從更高次的衍射獲得。
參照?qǐng)D5，在光譜507中衍射的單一序列的光能夠由透鏡系統(tǒng)508所收集并且導(dǎo)向至探測(cè)器509上。當(dāng)透鏡系統(tǒng)508在測(cè)角分光光度計(jì)500的實(shí)施例中存在時(shí)，透鏡系統(tǒng)508可以包括由校直透鏡514跟隨的聚焦透鏡513。
探測(cè)器509可以是任何三維靈敏探測(cè)裝置，例如電耦合探測(cè)器(CCD)陣列。在一些實(shí)施例中，例如，圖8所示，光譜能夠在被探測(cè)器509探測(cè)之前被投影至屏幕801上。也能夠使用其它三維靈敏光探測(cè)器，例如，CMOS照相機(jī)或Vidicon照相機(jī)。然后，來(lái)自探測(cè)器509的信號(hào)被輸入分析器或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)510，所述來(lái)自探測(cè)器509的信號(hào)能夠依賴于特定探測(cè)器系統(tǒng)而或者是模擬的或者是數(shù)字的。然后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)510提供來(lái)自所收集的數(shù)據(jù)的測(cè)角光譜以進(jìn)一步記錄、處理或顯示。
圖8A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的測(cè)角分光光度計(jì)800的橫截面。如圖5所示，相應(yīng)于天頂角θ1至θ2范圍的光源101的光被拋物線形反射器502所捕捉并且導(dǎo)入光束603。如前述，光束603可以是連續(xù)的光束或離散的一系列光束，每一個(gè)分離的光束對(duì)應(yīng)離散天頂角θn。在連續(xù)光束中，天頂角θn的光能夠由在光束內(nèi)的位置所探測(cè)。
光束603入射在光譜元件506上，在圖8A中的所述光譜元件506是衍射光柵，其母線平行于圖8A所示的橫截面的平面。然后，衍射光束507在屏幕801上顯示并由探測(cè)器803所探測(cè)。在圖8A中，光譜元件506在參考平面上將這樣定向，從而光束603直接在光譜元件506的表面上入射。
圖8B說(shuō)明沿圖8A中的方向AA切開的測(cè)角分光光度計(jì)800的垂直橫截面。相應(yīng)于天頂角θn的一部分光束603顯示被拋物線形反射器502所衍射。在這個(gè)平面上，光譜元件506的衍射光柵相對(duì)光束603設(shè)成一個(gè)角度。衍射光柵的母線是與圖8B所示的測(cè)角分光光度計(jì)800的橫截面垂直。相應(yīng)于天頂角θn的衍射光束507的零次光譜在屏幕801上顯示。探測(cè)器803然后探測(cè)相應(yīng)于天頂角θn的光譜，所述探測(cè)器803可以是數(shù)字照相機(jī)(例如CCD照相機(jī))。
圖8C說(shuō)明投影在屏幕801上的光譜的全部系列、測(cè)角光譜。以測(cè)角光譜為例，通過陰影圖解說(shuō)明了光的強(qiáng)度。然后，探測(cè)器803能夠即時(shí)地為在單一方向上的θ1至θ2范圍內(nèi)的所有天頂角測(cè)量作為天頂角函數(shù)的光譜。波長(zhǎng)方向上的的每一部分相應(yīng)于單一角θn的(或更精確地是在θn的周圍角Δθ的小系列)。因此，能夠測(cè)量為任何特定角的光譜，如表示在圖8C中所示的天頂角θn的處光譜所圖解說(shuō)明的一樣。
在一些實(shí)施例中，照相機(jī)803可以是具有6.45μm四方象素的1037×1376陣列的12位數(shù)字CCD照相機(jī)。CCD圖象能夠在運(yùn)行數(shù)字系統(tǒng)抓取器軟件(例如由Photon，Inc.生產(chǎn)的光束模擬軟件)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)510上獲得。在一些實(shí)施例中，圖象獲得時(shí)間是大約90ms，基于數(shù)字系統(tǒng)抓取器的最大速率。
在一些實(shí)施例中，由數(shù)字系統(tǒng)抓取器軟件所捕捉的圖象能夠輸入分析軟件，例如MatLab，而進(jìn)行分析。例如，數(shù)據(jù)分析能夠涉及材料反射與角度的關(guān)系的確定，或角頻譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CIE色度間距。在一些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)510可以僅檢測(cè)角頻譜以確保光譜在特定制造范圍內(nèi)照射。在這種情況下，如果測(cè)角光譜在落入預(yù)定范圍外部，則計(jì)算機(jī)510可以提醒操作者。
圖9說(shuō)明在制造環(huán)境900內(nèi)根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的測(cè)角分光光度計(jì)901的使用。如圖9所示，光源905連接至光纖907，從而工件903能夠被照射。測(cè)角分光光度計(jì)901這樣定位從而獲得從工件903離散的光的測(cè)角光譜。在一些實(shí)施例中，能夠獲得在工件903上不同位置的許多測(cè)角光譜。然后，測(cè)角分光光度計(jì)901確定是否所獲得的測(cè)角光譜落在預(yù)定范圍內(nèi)，然后根據(jù)確定通過或拒收工件903。
工件903可以是測(cè)角光譜是重要參數(shù)的任何部件，例如著色、顏料層或其它特性。另外，工件903可以在裝配線上，因此一旦工件903已經(jīng)被檢測(cè)隨后跟著另一個(gè)工件909。
此處所說(shuō)明的測(cè)角分光光度計(jì)的實(shí)施例提供了更快更廉價(jià)地獲得測(cè)角光譜。在數(shù)字照相機(jī)中獲取對(duì)在光源101周圍的一系列天頂角中的每一個(gè)的光譜數(shù)據(jù)，所述數(shù)字照相機(jī)也能夠即時(shí)地從這一系列天頂角中的每一個(gè)中捕捉每一個(gè)光譜。因此，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)角分光光度計(jì)的實(shí)施例能夠僅使用單一的數(shù)字照相機(jī)或CCD探測(cè)器，并能夠在單一照相機(jī)所得數(shù)據(jù)的時(shí)間內(nèi)獲取即時(shí)的光譜。
在此說(shuō)明書中所說(shuō)明的實(shí)施例僅是實(shí)例，并不僅限于此。同樣地，本發(fā)明僅由下述權(quán)利要求所限制。
權(quán)利要求
1.一種獲得角頻譜的方法，包括拋物線地反射光源的光以提供光束，所述光束包括在與光源成特定方位角的一個(gè)天頂角范圍的光；光譜地分散此光束的光；和捕捉相應(yīng)于此光束的測(cè)角光譜，所述測(cè)角光譜包括相應(yīng)于天頂角范圍的光譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光束包括一系列離散的光束，在這一系列離散光束中的每一束相應(yīng)于天頂角范圍內(nèi)的一天頂角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括校直這一系列離散光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從光束中光譜地分散光包括在衍射光柵內(nèi)衍射光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在從光束中光譜地分散光之前進(jìn)行光束聚焦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中捕捉測(cè)角光譜包括探測(cè)來(lái)自在天頂角范圍內(nèi)相應(yīng)于多個(gè)天頂角的衍射光柵的光譜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中光譜是零次光譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中光譜是更高次光譜。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中來(lái)自衍射光柵的光譜投影在屏幕上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中探測(cè)光譜包括數(shù)字地捕捉在數(shù)字照相機(jī)內(nèi)光譜的鏡象。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中照相機(jī)是CCD照相機(jī)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中光源是由照射光束照射的樣本。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中照射光束來(lái)源于通過光纖連接至相同的照射光源上的光源。
14.一種測(cè)角分光光度計(jì)，包括拋物線形的反射器，所述反射器定位成接收光源的光并產(chǎn)生光束；光譜元件，所述光譜元件定位成從拋物線形的反射器接收光束并產(chǎn)生離散的光束；和光探測(cè)器系統(tǒng)，所述光探測(cè)器系統(tǒng)連接成探測(cè)離散光束的測(cè)角光譜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)角分光光度計(jì)，其中拋物線形的反射器可以包括反射和非反射材料交替的條。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)角分光光度計(jì)，進(jìn)一步包括定位在拋物線形反射器與衍射元件之間的校準(zhǔn)元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測(cè)角分光光度計(jì)，其中校準(zhǔn)元件是一系列平行的板。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)角分光光度計(jì)，其中光譜元件是衍射光柵。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)角分光光度計(jì)，其中光學(xué)探測(cè)器系統(tǒng)包括定位成捕捉測(cè)角光譜的照相機(jī)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的測(cè)角分光光度計(jì)，其中照相機(jī)是CCD陣列。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的測(cè)角分光光度計(jì)，其中照相機(jī)是數(shù)字照相機(jī)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)角分光光度計(jì)，進(jìn)一步包括耦合在光譜元件和探測(cè)器之間的聚焦光學(xué)元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)角分光光度計(jì)，進(jìn)一步包括耦合在光譜元件和探測(cè)器之間的聚焦光學(xué)元件。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)角分光光度計(jì)，進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)連接至光學(xué)探測(cè)器系統(tǒng)以分析由光學(xué)探測(cè)器系統(tǒng)探測(cè)的測(cè)角光譜。
25.一種測(cè)角分光光度計(jì)，包括在一個(gè)方位角的天頂角范圍內(nèi)捕捉光源的光并提供光束的裝置；光譜地分散光束中的光的裝置；和捕捉相應(yīng)于天頂角范圍的測(cè)角光譜的工具。
26.一種檢測(cè)工件的方法，包括提供照射光源；定位工件，從而工件的一部分被照射光源所照射；收集相應(yīng)于在拋物線形反射器中的天頂角范圍的工件部分的離散的光并形成從拋物線形反射器所反射的光束；衍射此光束以形成衍射光束；探測(cè)衍射光束的測(cè)角光譜；確定是否測(cè)角光譜落入規(guī)定范圍內(nèi)；基于確定是否測(cè)角光譜落入規(guī)定范圍內(nèi)結(jié)果通過或拒收工件。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中提供照射光源包括把光從燈耦合至光纖，所述光纖放置在工件的上面。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中衍射光束以形成離散的光束包括在光束中定位衍射光柵。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中探測(cè)測(cè)角光譜包括用位置感光探測(cè)器測(cè)量衍射光束。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中位置感光探測(cè)器可以是CCD陣列。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種測(cè)角光譜分度計(jì)，其用于快速獲得測(cè)角光譜。在一些實(shí)施例中，拋物線形反射器用于把在拋物線焦點(diǎn)的光源的角間距光學(xué)地轉(zhuǎn)換成線性間距并促進(jìn)單一衍射元件和表面照相機(jī)的使用以即時(shí)地測(cè)量光源的角光譜。相應(yīng)于由拋物線形反射器所反射光的頂角的光譜能夠被探測(cè)器獲得并在計(jì)算機(jī)內(nèi)分析。
文檔編號(hào)G01N21/47GK1601241SQ200410057738
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月15日
發(fā)明者杰弗里·L·格特曼 申請(qǐng)人:沃頓有限公司