專利名稱：45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試光路裝置，特別涉及一種45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置。
背景技術(shù)：
在反射光譜分光光度計儀器中，測試光源的選擇是至關(guān)重要的，在測試光源的照明條件下，顏色的測量結(jié)果應(yīng)該與人眼在自然光下觀察物體的真實(shí)顏色基本一致的?，F(xiàn)有的技術(shù)一般都是采用脈沖氙燈作為測試光源，但是由于氙燈的結(jié)構(gòu)多為長條形，很難實(shí)現(xiàn)測試區(qū)域均勻照明。照明與測試的幾何條件也很重要，這直接影響到測試結(jié)果的精度和重復(fù)性，在現(xiàn)有的測色儀器中，樣品反射光譜的測量，45° /垂直(符號為45/0)的照明與測試結(jié)構(gòu)是可以獲得與人眼感覺相近的測量結(jié)構(gòu)。國家標(biāo)準(zhǔn)中對45/0測量結(jié)構(gòu)有三個評價指標(biāo)復(fù)現(xiàn)性，重復(fù)性和示值誤差。光源對三個評價指標(biāo)的影響主要體現(xiàn)在復(fù)現(xiàn)性的指標(biāo)主要和光源從不同方向?qū)Ρ粶y樣品的照射均勻度有關(guān)；示值誤差的優(yōu)劣主要和光源在可見光 范圍內(nèi)是否分布均勻有關(guān)；重復(fù)性主要和光源的穩(wěn)定性有關(guān)。但是這種結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)光線不足以及定向問題，即當(dāng)測試樣品在自身平面旋轉(zhuǎn)時會導(dǎo)致測試的數(shù)據(jù)差別很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種光源均勻分布的45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置。為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，在一積分球體內(nèi)懸掛一個0°測量黑腔，0°測量黑腔內(nèi)有會聚透鏡，頂部有0°測試孔，0°測量黑腔下面對應(yīng)地有一準(zhǔn)直透鏡，圍繞0°測量黑腔，自積分球體中部向下依次設(shè)有二層環(huán)形光闌，二層環(huán)形光闌上方為積分球體半球下表面，二層環(huán)形光闌上和積分球體半球下表面上均開有環(huán)形透光狹縫，光線通過積分球體半球下表面和二層環(huán)形光闌上的透光狹縫，與被測樣品表面法線成45°的夾角，在積分球體半球下表面上環(huán)繞0°測量黑腔均勻布設(shè)有多個LED光源陣列。所述0°測量黑腔內(nèi)表面涂覆黑色吸光材料，并帶有螺紋結(jié)構(gòu)，去除由0°測量黑腔內(nèi)透鏡聚焦時產(chǎn)生的雜散光。所述積分球體上半部的內(nèi)球形表面均勻涂滿高反射率漫反射材料。所述積分球體半球下表面是一平面，表面采用高光澤鏡面作為表面。使LED光源發(fā)出的光在其內(nèi)部進(jìn)行充分地漫反射，使光線在積分球體內(nèi)部均勻分布，實(shí)現(xiàn)很好的勻光效果。所述積分球體上半部球壁上開有監(jiān)測光源波動的小孔，作為參考光路。為了防止LED光源發(fā)出來的光沒有經(jīng)過積分球球體的均勻化而直接入射到參考光路，在小孔附近的積分球體半球下表面處設(shè)有參考光路擋板。保證任意一個LED光源的出射光不會直接入射到參考光路，入射到參考光路的光是經(jīng)過積分球球體均勻化后的漫反射光。參考光路的作用是為了監(jiān)測光源強(qiáng)度波動，對參考光路和測量主光路進(jìn)行同時測試，可以去除光源波動對測量產(chǎn)生的影響。所述多個LED光源陣列，每個LED光源有驅(qū)動電源和半球形光擴(kuò)散罩，半球形光擴(kuò)散罩將LED光源均勻射向積分球體的上半部，均勻化后的光通過積分球體半球下表面及ニ層環(huán)形光闌上的透光狹縫，直至下面的準(zhǔn)直透鏡。積分球半球下表面開設(shè)一透光狹縫，經(jīng)過積分球半球均勻化后的光線從狹縫出射，經(jīng)過兩個光闌后入射至透鏡，光線經(jīng)過該透鏡后變?yōu)槠叫泄馔渡涞奖粶y物體表面。LED光源采用12個大功率LED光源進(jìn)行匹配，其中每組6個LED光源經(jīng)過精確的光譜疊加匹配，獲得所需要測量光譜范圍內(nèi)全部波段的光譜；此外，在空間排布上，兩組LED光源成中心對稱分布,便于光源在空間內(nèi)充分混合和均勻分布。為了弱化LED光源本身發(fā)光角度的影響，在每個LED光源上設(shè)計了半球形光擴(kuò)散罩，使每個LED發(fā)光的光強(qiáng)角分布為近似朗伯體,擴(kuò)大了 LED光源的發(fā)光角度,便于各波段的光譜在積分球體半球體內(nèi)進(jìn)行充分地混合。所述準(zhǔn)直透鏡底部有測試樣品ロ。光線以與被測樣品表面45度角方向投射，經(jīng)樣品反射后變?yōu)榕c被測樣品表面結(jié)構(gòu)相關(guān)的漫射光。漫射光中O度反射光部分經(jīng)過聚焦透鏡和測試黑腔內(nèi)透鏡組成的光路作用后匯聚于O度測試孔。至此實(shí)現(xiàn)了被測樣品表面環(huán)形光 源45度光入射，O度檢測。本發(fā)明的優(yōu)越功效在于
1)實(shí)現(xiàn)了測試光源的均勻性通過積分球半球的作用使LED光源的發(fā)光在半球體內(nèi)充分均勻化，使得在射狹縫處得光強(qiáng)均勻，保證了從各個方向入射到被測樣品表面的光是近似相等的，即減小了由于不同方向入射光強(qiáng)度差異對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響；
2)采用多個LED匹配使得從狹縫處射出的光光譜分布在被檢測光譜范圍內(nèi)都有足夠的強(qiáng)度，保證了測試光譜的完整性；
3)在積分半球內(nèi)設(shè)置參考光路，通過監(jiān)測光源波動來消除光源波動對測量產(chǎn)生的影響，保證了測量的重復(fù)性。


圖I為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明単一 LED光源的結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明LED光源陣列的結(jié)構(gòu)示意 圖中標(biāo)號說明
I一単一 LED光源；2—半球形光擴(kuò)散罩；
3一驅(qū)動電源；
10—測試樣品ロ ；11 ー積分球體下半部；
12—積分球體上半部；13—準(zhǔn)直透鏡；
14 ー環(huán)形光闌C ;15—環(huán)形光闌B;
16—積分球體半球下表面；17—透光狹縫；
18—環(huán)形透光狹縫P ；19一環(huán)形透光狹縫Q ；
20 — LED光源的驅(qū)動電源陣列；21—LED光源陣列；
22—半球形光罩陣列；23— 0°測量黑腔；24—會聚透鏡；25—螺紋結(jié)構(gòu)；
26一0°測試孔；27 —小孔；
28—參考光路擋板；29—分光光路M ；
30—傳感器和信號處理電路J ；31—分光光路N ；
32—傳感器和信號處理電路K。
具體實(shí)施例方式請參閱附圖所示，對本發(fā)明作進(jìn)ー步的描述。如圖I和圖2所示，本發(fā)明提供了ー種45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，在ー積分球體內(nèi)懸掛ー個0°測量黑腔23，0°測量黑腔23內(nèi)有會聚透鏡24，頂部有 0°測試孔26，0°測量黑腔23下面對應(yīng)地有一準(zhǔn)直透鏡13，圍繞0°測量黑腔23，自積分球體中部向下依次設(shè)有ニ層環(huán)形光闌B15、C14，ニ層環(huán)形光闌上方為積分球體半球下表面16，環(huán)形光闌B15、環(huán)形光闌C14和積分球體半球下表面16上均開有環(huán)形透光狹縫P18和環(huán)形透光狹縫Q19，光線通過積分球下表面16、環(huán)形光闌B15和環(huán)形光闌C14上的環(huán)形透光狹縫17、環(huán)形透光狹縫P18和環(huán)形透光狹縫Q19后，與被測樣品表面法線成45°的夾角，在積分球體半球下表面16上環(huán)繞0°測量黑腔均勻布設(shè)有多個LED光源陣列21。所述0°測量黑腔23內(nèi)表面涂覆黑色吸光材料，并帶有螺紋結(jié)構(gòu)25，去除由0°測量黑腔23內(nèi)透鏡聚焦時產(chǎn)生的雜散光，并且進(jìn)一歩限制最終入射到0°測試孔26的光線。所述積分球體上半部12的內(nèi)球形表面均勻涂滿硫酸鋇，使LED光源陣列21發(fā)出的光在其內(nèi)部充分地漫反射，使光線在積分球體內(nèi)部均勻分布。所述積分球體半球下表面16是ー平面，表面采用高光澤鏡面作為表面。使LED光源發(fā)出的光在其內(nèi)部進(jìn)行充分地漫反射，使光線在積分球體內(nèi)部均勻分布，實(shí)現(xiàn)很好的勻光效果。所述積分球體上半部12球壁上開有監(jiān)測光源波動的小孔27，作為參考光路。為了防止LED光源發(fā)出來的光沒有經(jīng)過積分球球體的均勻化而直接入射到參考光路，在小孔27附近的積分球體半球下表面16處設(shè)有參考光路擋板28。保證任意ー個LED光源的出射光不會直接入射到參考光路，入射到參考光路的光是經(jīng)過積分球球體均勻化后的漫反射光。參考光路的作用是為了監(jiān)測光源強(qiáng)度波動，對參考光路和測量主光路進(jìn)行同時測試，可以去除光源波動對測量產(chǎn)生的影響。如圖3所示，所述多個LED光源陣列21，每個LED光源I有驅(qū)動電源3和半球形光擴(kuò)散罩2，半球形光擴(kuò)散罩2將LED光源I均勻射向積分球體的上半部12，均勻化后的光通過積分球下表面16、環(huán)形光闌B15和環(huán)形光闌C14上的環(huán)形透光狹縫17、環(huán)形透光狹縫P18和環(huán)形透光狹縫Q19后，直至下面的準(zhǔn)直透鏡13。積分球半球下表面16開設(shè)一透光狹縫17，經(jīng)過積分球半球均勻化后的光線從透光狹縫17出射，經(jīng)過兩個光闌后入射至透鏡13，光線經(jīng)過該透鏡13后變?yōu)槠叫泄馔渡涞奖粶y物體表面。如圖4所示，LED光源采用12個大功率LED光源I進(jìn)行匹配，其中每組6個LED光源I經(jīng)過精確的光譜疊加匹配，獲得所需要測量光譜范圍內(nèi)全部波段的光譜；此外，在空間排布上，兩組LED光源I成中心對稱分布，便于光源在空間內(nèi)充分混合和均勻分布。為了弱化LED光源本身發(fā)光角度的影響,在姆個LED光源上設(shè)計了半球形光擴(kuò)散罩2，使每個LED發(fā)光的光強(qiáng)角分布為近似朗伯體，擴(kuò)大了 LED光源的發(fā)光角度，便于各波段的光譜在積分球體半球體內(nèi)進(jìn)行充分地混合。
所述準(zhǔn)直透鏡13底部有測試樣品ロ 10。多個LED光源陣列21發(fā)出的光經(jīng)過半球形光擴(kuò)散罩陣列22充分的擴(kuò)散后,發(fā)散到整個積分球上半部12中，光線在積分球上半部21中，經(jīng)過完全漫反射之后，由環(huán)形透光狹縫17透射出來，變?yōu)榄h(huán)形帯狀光源，再分別經(jīng)過環(huán)形透光狹縫P18和環(huán)形透光狹縫Q19，進(jìn)ー步限制光源入射角度，入射到準(zhǔn)直透鏡13上的光源可近似看作由一系列點(diǎn)光源組成的環(huán)形光源。準(zhǔn)直透鏡13將入射到其上的光變?yōu)榕c測試樣品成45°角的平行光源，此平行光源照射到測試樣品上，實(shí)現(xiàn)了環(huán)形45°的照明測試結(jié)構(gòu)。0°測量孔26設(shè)置在與測試樣品垂直的積分球上半部12的頂端。環(huán)形45°平行光源照射到測試樣品10上，在測試樣品10表面發(fā)生漫反射，漫反射光源經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡13會聚，會聚后的光源進(jìn)入0°測量黑腔23，再經(jīng)過會聚透鏡24后進(jìn)入黑腔的螺紋結(jié)構(gòu)25，到達(dá)O。測量孔26。0°測量黑腔23限制入射到會聚透鏡24和0°測試孔26的光線，保證O°測試條 件。會聚透鏡24會聚入射到其上的光線。0°測試孔26為測試樣品的測試孔，參考光路測試孔27為參考光路測試孔，后接分光光路M29、N31、傳感器及電路處理單元J30、K32。
權(quán)利要求
1.一種45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，其特征在于在一積分球體內(nèi)懸掛一個0°測量黑腔，0°測量黑腔內(nèi)有會聚透鏡，頂部有0°測試孔，0°測量黑腔下面對應(yīng)地有一準(zhǔn)直透鏡，圍繞0°測量黑腔，自積分球體中部向下依次設(shè)有二層環(huán)形光闌，二層環(huán)形光闌上方為積分球體半球下表面，二層環(huán)形光闌上和積分球體半球下表面上均開有環(huán)形透光狹縫，光線通過積分球體半球下表面和二層環(huán)形光闌上的透光狹縫，與被測樣品表面法線成45°的夾角，在積分球體半球下表面上環(huán)繞0°測量黑腔均勻布設(shè)有多個LED光源陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，其特征在于所述多個LED光源陣列，每個LED光源有驅(qū)動電源和半球形光擴(kuò)散罩，半球形光擴(kuò)散罩將LED光源均勻射向積分球體的上半部，均勻化后的光通過積分球體半球下表面及二層環(huán)形光闌上的透光狹縫，直至下面的準(zhǔn)直透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，其特征在于所述0°測量黑腔內(nèi)表面涂覆黑色吸光材料，并帶有螺紋結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，其特征在于所述積分球體上半部的內(nèi)球形表面均勻涂滿高反射率漫反射材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，其特征在于所述積分球體半球下表面是一平面，表面米用高光澤鏡面作為表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，其特征在于所述積分球體上半部球壁上開有監(jiān)測光源波動的小孔，作為參考光路，在小孔附近的積分球體半球下表面處設(shè)有參考光路擋板。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，其特征在于所述準(zhǔn)直透鏡底部有測試樣品口。
全文摘要
本發(fā)明公開一種45度環(huán)形照明反射光譜分光光度光路裝置，在一積分球體內(nèi)懸掛一個0°測量黑腔，0°測量黑腔內(nèi)有會聚透鏡，頂部有0°測試孔，0°測量黑腔下面對應(yīng)地有一準(zhǔn)直透鏡，圍繞0°測量黑腔，自積分球體中部向下依次設(shè)有二層環(huán)形光闌，二層環(huán)形光闌上方為積分球體半球下表面，二層環(huán)形光闌上和積分球體半球下表面上均開有環(huán)形透光狹縫，光線通過積分球體半球下表面和二層環(huán)形光闌上的透光狹縫，與被測樣品表面法線成450的夾角，在積分球體半球下表面上環(huán)繞0°測量黑腔均勻布設(shè)有多個LED光源陣列。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是；使LED光源的發(fā)光在半球體內(nèi)充分均勻化；保證了測試光譜的完整性；保證了測量的重復(fù)性。
文檔編號G01J3/42GK102829865SQ20121035533
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者袁琨, 高世芝 申請人:上海漢譜光電科技有限公司