一种颜色测量装置的制作方法

本发明涉及物体颜色测量领域，具体涉及一种颜色测量装置。

背景技术：

随着现代工业的飞速发展，颜色、光谱反射率等成为衡量物体表面特性的重要指标。物体颜色测量的关键在于对物体表面反射光的测量。目前最常采用的颜色测量装置即为分光测色仪。分光测色仪通常采用积分球来提供漫射照明条件，并采用D/0、D/8、45°/0等几何条件进行测量，首先由光源发出的光照射在被测样品上，进而由阵列探测器接收来自于被测样品表面的反射光，通过对反射光进行光谱测量和分析进而得到三刺激值等颜色参数。

照明光源的光谱分布对于实现物体颜色特性的准确测量至关重要。目前所使用的分光测色仪多采用卤钨灯或氙灯作为照明光源。其中，卤钨灯的优点在于输出光谱非常平滑、谱线无断裂，且稳定性极高；但是，卤钨灯光谱分布在短波和紫外波分段能量分布相对很弱，因此，在短波部分的测量中信噪比较低、测量重复性较差；同时在涉及荧光材料的测量中卤钨灯也不能提供所需要的紫外光谱。采用氙灯作为测试光源的好处在于氙灯光源在可见光和紫外的光谱范围中具有很好的光谱能量分布，但是，脉冲氙灯的功耗较大、寿命相对较低。

为了克服上述技术缺陷，CN104501960 A中公开了一种基于LED光源的分光测色仪及其实现方法，该方案完全摒弃简单的卤钨灯或氙灯的照明方案，转而采用寿命长、响应快、功耗低的LED光源作为照明设计的新选择，并通过8个LED光源进行组合实现了在可见光波段内具有均匀而充足的光谱分布。但实际应用中，在红光波段范围内，LED的光谱能量相对不足，且特征波长在660nm以上的单色LED也相对比较稀少、制作也比较困难，因此，在实际操作中，仅通过LED组合方式产生具有充足红光以及红外波段的光谱分布比较困难，且成本相对较高，因此在对红外以及红外光谱要求比较高的测量中，CN104501960 A中的照明方案往往因为信噪比比较低出现重复性差的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是如何在积分球内进行合适的照明设计使得输出光谱在大范围内具有很好的光谱能量分布，并满足各种样品测量所需的光谱需求。

本发明通过以下技术方案实现：

一种颜色测量装置，包括积分球，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一个或多个由卤钨灯作为光源的卤钨灯照明单元和一个或多个由LED作为光源的LED照明单元；所述的积分球球壁上设有一个或多个照明窗口，从卤钨灯照明单元和LED照明单元发出的光通过同一照明窗口或者不同照明窗口入射到积分球内；所述积分球上还设有用于采集被测样品信号的采样窗口和测量窗口，测量窗口位于采样窗口的法线附近的方向；所述的光学测量装置设置于测量窗口的出射光路上。

本发明中创新性的采用卤钨灯与LED光源相组合的照明方式，实现了从紫外到红外大波段范围内具有充足的光谱能量分布，并且整个照明装置具有能耗低、操作方便、灵活可调的特点，满足各种材料颜色测试的照明需求，可广泛应用于各种材料的颜色参数、以及反射率特性测量中。

本发明还可以通过以下技术方案进一步限定和完善：

作为一种技术方案，所述的测量窗口位于偏离采样窗口法线方向8°的位置。本技术方案采用在颜色测量中广泛应用的CIE D/8 测量几何，即在偏离采样窗口8°的方向设置测量窗口接收来自被测样品表面的反射光。

作为一种技术方案，所述的卤钨灯照明单元还包括改变卤钨灯的光谱功率分布的滤色片和为卤钨灯供电的卤钨灯驱动装置。滤色片的采用可过滤掉对被测样品颜色测量产生干扰或者被测样品颜色测量中不需要的光谱成分；卤钨灯驱动装置可为卤钨灯进行供电。

作为上述技术方案的优选，所述的卤钨灯驱动装置中还包括可以调节卤钨灯的发光强度的调光装置。卤钨灯驱动装置中的调光装置可以根据实际照明需要调节卤钨灯的发光强度，进而提供优质的照明环境。

作为一种技术方案，所述的LED包括但不限于紫外LED、彩色LED和/或白光LED。

作为一种技术方案，所述的LED照明单元还包括LED驱动装置，且所述LED驱动装置对各LED光源分别独立供电；或者所述的LED驱动装置对多个LED光源集中供电。LED照明单元除包含LED光源外，还包含LED驱动装置；根据需要，所述LED驱动装置可以对每个LED光源进行分别独立供电，或者对多个LED光源集中供电。

作为上述技术方案的优选，所述的LED驱动装置包括可以调节LED发光强度的调光装置。通过调光装置可实现对LED发光强度的灵活调节。

作为一种技术方案，包括多个照明窗口，并且这些照明窗口设置于积分球球壁上相对于采样窗口中心法线相对称的位置。

作为优选，所述的积分球上还设有专门对应与紫外LED的紫外入射窗口，并且所述的紫外入射窗口上还设有调节入射紫外光通量的光阑。在一些对紫外光谱要求较高的样品测量中，如在荧光样品，为了保证合适的信号值，可通过调节光阑的大小进而对紫外光线的入射量光通量进行控制和调节。

作为一种技术方案，所述的积分球还设有检测积分球内照明条件的参考通道。参考通道的设置是用来监测积分球内照明条件（如光谱、亮度等）的变化；所述的参考通道的测量装置为光谱测量装置。作为优选方案，所述的积分球内还设有防止来自被测样品表面的反射光以及来自照明装置发出的光直接照射到参考通道位置处的挡板。

作为一种技术方案，所述的光学接收装置包括光谱辐射计。光谱辐射计可以用来测量被测样品反射光的光谱功率分布数据，为分析样品的光谱反射率以及颜色参数等提供依据，并且零失配，测量精度高。

综上所述，本发明公开了一种颜色测量装置，通过将卤钨灯与LED光源相结合的方式，实现了从紫外到红外大波段范围内具有相对均匀且充足的光谱功率分布，满足各种物体颜色测量需求，且卤钨灯与LED光源发光强度均可调节，操作简便，可广泛应用于各种材料的颜色特性测量中。

【附图说明】

附图1为实施例1中本发明装置示意图

附图2为实施例1中照明装置示意图

附图3为实施例2中本发明装置示意图

附图4为实施例2中照明装置示意图

附图5为实施例3中本发明装置示意图

附图6为实施例3中照明装置示意图

1-积分球；1-1 照明窗口；1-2 采样窗口； 1-3 测量窗口；1-4 紫外入射窗口；2-照明装置；2-1 卤钨灯照明单元； 2-2 LED照明单元； 2-1-1 卤钨灯； 2-2-1 LED；3-光学测量装置；4-参考通道；挡板-5；

【具体实施方式】

实施例1

如图1和2所示，本实施例公开了一种颜色测量装置，包括积分球1，照明装置2和光学测量装置3，参考通道4，挡板5；在积分球1球壁上设有一个照明窗口1-1，所述的照明装置2安装在照明窗口1-1处；积分球1底部设有用于采集被测样品信号的采样窗口1-2，测试时直接将被测样品放置于采样窗口1-2处即可开始测量；在积分球1球壁上偏离采样窗口1-2中心法线方向8°的位置设有测量窗口1-3，且在测量窗口1-3的出射光路设有光学测量装置3，其中光学测量装置3的光学探测元件为光谱辐射计；除此之外，积分球1还设有专门的参考通道4来进行积分球1内照明条件的监测，参考通道4中包含光谱辐射计；积分球1内还设有挡板5，用来防止照明装置2的发出的光线直接照射在被测样品位置，以及防止来自被测样品表面的反射光以及来自照明装置2的光线直接照射在参考通道4处。

此方案中的照明装置2包括一个卤钨灯照明单元2-1以及一个LED照明单元2-2。其中，卤钨灯照明单元2-1包括卤钨灯2-1-1、滤色片和以及卤钨灯驱动装置，其中滤色片可以改变卤钨灯2-1-1的光谱功率分布，而卤钨灯驱动装置不仅可以为卤钨灯2-1-1供电，而且还包含对卤钨灯2-1-1进行发光强度调节的调光装置；此处的卤钨灯2-1-1为卤钨灯。其次， LED照明单元2-2包括LED 2-2-1以及LED照明驱动装置，LED驱动装置对所有LED进行供电并且还包括对LED2-2-1的发光强度进行调节的调光装置。此处的LED包括一个紫外LED，一个蓝光LED以及一个绿光LED。在测试过程中，由照明单元2-1和照明单元2-2发出的光线通过照明窗口1-1进入到积分球1内进行充分混光，并照射在被测样品表面，进一步的，来自被测样品表面的反射光通过积分球1的测量窗口1-3最终被光学测量装置3所接收到。

实施例2

如图3和4所示，本发明公开一种颜色测量装置，包括积分球1，照明装置2和光学测量装置3；所述积分球1两侧球壁上设两个照明窗口（1-1），以及积分球1底部设有用于采集被测样品信号的采样窗口（1-2），其中两个照明窗口（1-1）关于采样窗口（1-2）的中心法线对称设置；在积分球1球壁上偏离采样窗口1-2法线方向8°的位置设有测量窗口1-3，且在测量窗口1-3的出射光路设有光学测量装置3，其中光学测量装置3的光学探测元件为光谱辐射计；除此之外，积分球1还设有专门的参考通道4来进行积分球1内照明条件的监测，参考通道4中包含光谱辐射计；积分球1内还设有挡板5，用来防止照明装置2的发出的光线直接照射在被测样品位置，以及防止来自被测样品表面的反射光以及来自照明装置2的光线直接照射在参考通道4处。

此方案中照明装置2包括卤钨灯照明单元2-1和LED照明单元2-2，且分别设置在两个照明窗口（1-1）处；其中卤钨灯照明单元2-1包括卤钨灯2-1-1、滤色片和以及卤钨灯驱动装置，其中滤色片可以改变卤钨灯2-1-1的光谱功率分布，而卤钨灯驱动装置不仅可以为卤钨灯2-1-1供电，而且还包含对卤钨灯2-1-1进行发光强度调节的调光装置；此处的卤钨灯2-1-1为卤钨灯。其次， LED照明单元2-2包括LED 2-2-1以及LED照明驱动装置，此处的LED包括一个紫外LED，一个蓝光LED以及一个绿光LED，并且每个LED由其对应的LED驱动装置独立供电，并且LED驱动装置中还包含对LED的发光强度进行调节的调光装置。在实际测试中，由照明单元2-1和照明单元2-2发出的光线分别通过两个照明窗口1-1进入到积分球1内进行充分混光，并照射在被测样品表面，进一步的，来自被测样品表面的反射光通过积分球1的测量窗口1-3最终被光学测量装置3所接收到。

实施例3

如图5和6所示，本发明公开一种颜色测量装置，包括积分球1，照明装置2和光学测量装置3；积分球1球壁上设有两个照明窗口1-1，以及积分球1底部还设有用于采集被测样品信号的采样窗口1-2，其中两个照明窗口1-1关于采样窗口1-2的法线方向对称设置；积分球1球壁上还设有一个紫外入射窗口1-4，并且在紫外入射窗口1-4处设有用来调节紫外光线入光量的光阑；在积分球1球壁上偏离采样窗口1-2法线方向8°的位置设有测量窗口1-3，且在测量窗口1-3的出射光路设有光学测量装置3，其中光学测量装置3的光学探测元件为光谱辐射计；除此之外，积分球1还设有专门的参考通道4来进行积分球1内照明条件的监测，参考通道4中包含光谱辐射计；为了防止来自被测样品表面的反射光以及来自照明装置2的光线直接照射在参考通道4处，积分球内还设有挡板。积分球1内还设有挡板5，用来防止照明装置2的发出的光线直接照射在被测样品位置，以及防止来自被测样品表面的反射光以及来自照明装置2的光线直接照射在参考通道4处。

此方案中照明装置2包括卤钨灯照明单元2-1和两个LED照明单元2-2；其中卤钨灯照明单元2-1设置于一个照明窗口1-1处，并且卤钨灯照明单元2-1包括卤钨灯2-1-1和卤钨灯驱动装置，卤钨灯驱动装置不仅可以为卤钨灯2-1-1供电，而且还包含对卤钨灯2-1-1进行发光强度调节的调光装置；此处的卤钨灯2-1-1为卤钨灯。其次， 其中一个LED照明单元2-2包括LED 2-2-1以及LED照明驱动装置，此处的LED为一个白光LED，并由LED驱动装置对其供电和调光，该LED照明单元2-2设置在另一个照明窗口1-1处；另一个LED照明单元2-2包括一个紫外LED和对应的LED照明驱动装置，并设置在紫外入射窗口1-4处，LED照明驱动装置可实现紫外LED的电源供应和强度调节。

在实际测试中，由照明单元2-1和两个照明单元2-2发出的光线分别通过两个照明窗口1-1进入到积分球1内进行充分混光，并照射在被测样品表面，进一步的，来自被测样品表面的反射光通过积分球1的测量窗口1-3最终被光学测量装置3所接收到；

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围是由随附的权利要求书还限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。