一種材料光學(xué)特性測(cè)量裝置的制造方法
【專利說明】一種材料光學(xué)特性測(cè)量裝置 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料光學(xué)特性測(cè)量裝置，屬于光學(xué)特性測(cè)量領(lǐng)域范疇，特別涉及 一種材料光學(xué)特性的測(cè)量儀器。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，顏色、光譜反射率等成為衡量材料表面特性的重要指 標(biāo)，因此對(duì)各種材料的光學(xué)特性進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量十分重要。其中對(duì)于不透光或半透光材料，其 光學(xué)特性測(cè)量關(guān)鍵在于對(duì)材料表面反射光的測(cè)量；目前工業(yè)界常用的顏色或光譜反射率測(cè) 量裝置通常采用積分球來為測(cè)量提供漫射照明條件，進(jìn)而由光學(xué)成像系統(tǒng)以及光學(xué)探測(cè)器 對(duì)被測(cè)材料表面的反射光進(jìn)行測(cè)量，如圖1所示。
[0003]從圖1中可以看出，實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)樵O(shè)備的系統(tǒng)誤差以及操作誤差，往往使得進(jìn)入 光學(xué)探測(cè)器的光線不僅僅來自于被測(cè)樣品表面的反射光，還包含很多非期望光線，主要是 米樣窗口附近的積分球內(nèi)壁的反射光，尤其當(dāng)米樣窗口較小時(shí)，這部分的雜散光影響更為 明顯，并且探測(cè)器所接收的這部分雜散光的比例會(huì)因?yàn)椴蓸哟翱谔幏胖貌煌臏y(cè)量對(duì)象而 不同。然而在傳統(tǒng)的儀器定標(biāo)以及測(cè)量過程中，一般粗略地將這部分雜散光信號(hào)看作相等 進(jìn)行處理，這極大的影響了光學(xué)參數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度，不能真實(shí)的反應(yīng)材料表面的光學(xué)特性。
[0004]例如，在對(duì)樣品的反射率進(jìn)行測(cè)量前，首先需要用可溯源至相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的零位 校準(zhǔn)盒和標(biāo)準(zhǔn)白板對(duì)測(cè)量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，即進(jìn)行反射率定標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行樣品反射率測(cè)量，主 要通過以下步驟進(jìn)行：
[0005] 1)將零位校準(zhǔn)盒放置于采樣窗口位置，根據(jù)探測(cè)器所接受的信號(hào)值A(chǔ)D〇進(jìn)行零位 校正;AD〇可表示為
[0006] AD〇 =kPM+Z〇 =Z〇 (1)
[0007] 2)取下零位校準(zhǔn)盒，將標(biāo)準(zhǔn)白板放置于采樣窗口位置進(jìn)行校正;所接受的信號(hào)值 ADi可表示為：
[0008] ADi=kp白+Zi (2)
[0009] 3)將待測(cè)樣品放置于采樣窗口處，所接受的信號(hào)值A(chǔ)D2可表示為：
[0010] AD2 =kfi#+Z2 (3)
[0011] 公式（1)、（2)、（3)中，pii為零位校準(zhǔn)盒的反射率(通常為0)，pe為標(biāo)準(zhǔn)白板的反射 率;P樣為被測(cè)樣品真實(shí)的反射率;kpii，kp白，kp樣分別為在米樣窗口處放置零位校準(zhǔn)盒、標(biāo)準(zhǔn) 白板以及被測(cè)樣品時(shí)來自于采樣窗口區(qū)域的信號(hào)值;心^:^:^分別為放置零位校準(zhǔn)盒^示準(zhǔn) 白板以及待測(cè)樣品時(shí)探測(cè)器所接收的雜散光信號(hào)。
[0012]分析可知，公式（1)、⑵、（3)中Z〇，Zi，22均由兩部分組成，為系統(tǒng)本身的噪聲S以及 來自米樣窗口邊上積分球內(nèi)壁的雜散光信號(hào)Μ〇、Μι或M2，即：
[0013] Z〇=S+M〇 (4)
[0014] Zi=S+Mi (5)
[0015] Z2 = S+M2 (6)
[0016] 因此，定標(biāo)后儀器實(shí)測(cè)的待測(cè)樣品的反射率P滿足下面公式：
[0017]
[0018] 在實(shí)際的測(cè)量中被測(cè)樣品表面的一部分反射光會(huì)照射到積分球米樣窗口邊上的 積分球內(nèi)壁上(見圖1)，因此對(duì)于不同的被測(cè)樣品（如標(biāo)準(zhǔn)白板和紅色的待測(cè)板），采樣窗口 附近的積分球內(nèi)壁上的光是不一樣的，進(jìn)而探測(cè)器中所接受到的來自積分球內(nèi)壁的雜散光 信號(hào)大小也不同，即Mo矣Μι矣M2,因此實(shí)際測(cè)得的P矣P#。
[0019]然而傳統(tǒng)定標(biāo)中往往沒有考慮到來自球壁雜散光會(huì)因?yàn)榉胖脴悠凡煌幌嗟?的情況，簡單近似P=P樣的計(jì)算實(shí)際是不準(zhǔn)確的，這種近似極大影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，不利于 人們對(duì)樣品表面特性的真實(shí)把握。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0020] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的材料光學(xué)特性 測(cè)量裝置，通過簡單合理的設(shè)計(jì)，消除掉在光學(xué)接收裝置中探測(cè)器所接收到的來自于積分 球球壁的反射光，進(jìn)而提高測(cè)量的準(zhǔn)確度和可信度，以方便人們準(zhǔn)確把握材料的表面光學(xué) 特性。
[0021] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種材料光學(xué)特性測(cè)量裝置，包括積分球、照明光 源、光學(xué)接收裝置，其特征在于:還包括消光部分，所述的積分球球壁上設(shè)有測(cè)量窗口，且在 測(cè)量窗口的出射光路上設(shè)有光學(xué)接收裝置，所述的積分球上還設(shè)有用于采集被測(cè)樣品信號(hào) 的采樣窗口，所述的消光部分位于被測(cè)樣品采樣區(qū)域的外圍。
[0022] 本發(fā)明在采樣窗口即被測(cè)樣品采樣區(qū)域的外圍創(chuàng)新性的引入消光部分的設(shè)計(jì)，極 大地降低的采樣區(qū)域以外的雜散光進(jìn)入到光學(xué)接收裝置的比例，進(jìn)而提高了材料表面光學(xué) 特性的測(cè)量準(zhǔn)確度，對(duì)于準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和把握材料表面的真實(shí)光學(xué)特性有重要意義;此外，本發(fā) 明中的被測(cè)樣品采樣區(qū)域的外圍包括積分球內(nèi)壁、積分球腔體內(nèi)部以及被測(cè)樣品表面等位 置。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有操作簡便、測(cè)試準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
[0023]本發(fā)明還可以通過以下技術(shù)方案進(jìn)一步限定和完善：
[0024]作為一種技術(shù)方案，所述消光部分為具有低反射特性的材料或部件。消光部分顧 名思義具有低反射特性，本方案中的消光部分可以為具有低反射率的涂層、材料或者部件， 如黑色涂層、黑色絨布及表面涂有黑色涂層的環(huán)狀部件等;且為保證足夠的消光能力，規(guī)定 消光部分的反射率不得高于8%。
[0025]作為一種技術(shù)方案，所述消光部分設(shè)置在采樣窗口邊緣處的積分球內(nèi)壁上。當(dāng)消 光部分為涂層或者黑色絨布等材料時(shí)，將消光部分設(shè)置于采樣窗口邊緣處的積分球內(nèi)壁 上，進(jìn)而消除采樣窗口邊緣處的積分球內(nèi)壁的反射光；同時(shí)為了保證照明條件的實(shí)現(xiàn)，積分 球內(nèi)壁除了采樣窗口邊緣處的消光部分設(shè)計(jì)外全部涂以白色漫反射涂層。
[0026]作為一種技術(shù)方案，所述的消光部分為黑色涂層。黑色涂層可為黑色漫反射涂層 涂層，或黑色鏡面反射涂層等;并將黑色涂層成環(huán)狀均勻涂覆在采樣窗口邊緣處的積分球 內(nèi)壁上。
[0027]作為一種技術(shù)方案，上述積分球中還包括支架，且所述消光部分通過支架加以固 定。當(dāng)消光部分為表面具有低反射特性的消光部件時(shí)，通過在積分球內(nèi)設(shè)置的支架將消光 部件固定在位于被測(cè)樣品采樣區(qū)域的外圍，防止采樣區(qū)域以外的反射光進(jìn)入到光學(xué)接收裝 置，從而提高測(cè)試精度。
[0028] 作為一種技術(shù)方案，還包括目標(biāo)罩，目標(biāo)罩安裝在積分球上，并與積分球球體相吻 合，為可拆卸部件；目標(biāo)罩上設(shè)有采樣窗口，且在采樣窗口邊緣處的目標(biāo)罩內(nèi)壁上設(shè)有消光 部分。所述目標(biāo)罩為積分球球體的可拆卸部件，當(dāng)安裝在積分球上時(shí)可與積分球球體相吻 合，并作為積分球球體的一部分；目標(biāo)罩上設(shè)有對(duì)應(yīng)于被測(cè)樣品采樣區(qū)域的采樣窗口，用來 采集被測(cè)樣品信號(hào)；在采樣窗口邊緣處的目標(biāo)罩內(nèi)壁上設(shè)有消光部分；目標(biāo)罩內(nèi)壁除消光 部分外全部為白色涂層。
[0029] 作為一種技術(shù)方案，所述消光部分設(shè)置在被測(cè)樣品上，位于采樣區(qū)域的邊緣。本方 案中積分球的內(nèi)壁全部為白色涂層;消光部分設(shè)置在被測(cè)樣品上的采樣區(qū)域的邊緣處，在 測(cè)試時(shí)，被測(cè)樣品的采樣區(qū)域以及邊緣的消光部分同時(shí)放置在積分球的采樣窗口處，同樣 可消除被測(cè)區(qū)域周邊的雜散光進(jìn)入到光學(xué)接收裝置中。
[0030] 作為一種技術(shù)方案，所述的采樣窗口是但不限于矩形，或圓形，或正方形。實(shí)際應(yīng) 用中，采樣窗口形狀的設(shè)計(jì)可根據(jù)具體的應(yīng)用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以是矩形，圓形，或者正方 形或者其他多邊形。
[0031] 作為一種技術(shù)方案，所述照明光源位于積分球的內(nèi)側(cè);或者所述的照明光源位于 積分球的外部，并在積分球上設(shè)置將照明光源的光線引入球內(nèi)的照明窗口。照明光源可根 據(jù)實(shí)際需要設(shè)置在積分球的內(nèi)部和外部；當(dāng)照明光源位于積分球外部時(shí)，要在積分球球壁 上設(shè)置將照明光源的光線引入積分球內(nèi)部的照明窗口。
[0032] 作為上述方案的優(yōu)選方案，還包括擋板，所述擋板位于積分球內(nèi)部，設(shè)置于照明光 源與被測(cè)樣品之間；或者所述擋板位于積分球內(nèi)部，設(shè)置于照明光源與照明窗口之間。當(dāng)照 明光源位于積分球內(nèi)部時(shí)，將擋板設(shè)置于照明光源與被測(cè)樣品之間；當(dāng)照明光源外部時(shí)，將 擋板設(shè)置于照明光源與照明窗口之間；擋板的設(shè)置可以防止照明光源發(fā)出的光線直接照射 在被測(cè)樣品表面，從而保證材料光學(xué)特性測(cè)量中所需的漫射照明條件。
[0033] 作為一種技術(shù)方案，所述的光學(xué)接收裝置包括光學(xué)成像裝置和光學(xué)探測(cè)器。光學(xué) 成像裝置用來限定光學(xué)探測(cè)器所接受光線的區(qū)域的位置并接收來自該區(qū)域的反射光，并進(jìn) 一步將光線傳輸至光學(xué)探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量;本方案中的光學(xué)探測(cè)器是但不限于光譜測(cè)量設(shè)備 或積分式光電探測(cè)器或者為三刺激值色度探測(cè)器。
[0034] 作為優(yōu)選，上述技術(shù)方案中所述的光學(xué)探測(cè)器為光譜測(cè)量設(shè)備。光譜測(cè)量設(shè)備可 以用來測(cè)量被測(cè)樣品反射光的光譜功率分布數(shù)據(jù)，為分析樣品的光譜反射率以及顏色參數(shù) 等提供依據(jù)，并且零失配，測(cè)量精度高。
[0035] 綜上所述，本發(fā)明公開了一種材料光學(xué)特性測(cè)量裝置，通過在被測(cè)樣品測(cè)試區(qū)域 外圍進(jìn)行消光部分的設(shè)計(jì)，有效降低了測(cè)試區(qū)域外圍的雜散光進(jìn)入到光學(xué)接收裝置的比 例，提高測(cè)試準(zhǔn)確度;此外，本發(fā)明操作起來非常簡便，在測(cè)試精度上卻能起到質(zhì)的改善，有 事半功倍的效果，可推進(jìn)整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步;該材料光學(xué)特性測(cè)量裝置可廣泛應(yīng)用于各種材 料表面光學(xué)特性的測(cè)量中。 【【附圖說明】】
[0036] 附圖1是傳統(tǒng)材料光學(xué)測(cè)量裝置示意圖；
[0037] 附圖2是實(shí)施例1中本發(fā)明裝