一种物体光学特性测量装置的制造方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及物体光学特性检测领域，具体涉及一种物体反射率、透射率和颜色测量装置。
【【背景技术】】
[0002]日常生产、生活的需要，使得人们常常需要对物体的光学特性进行测量和评估，光学特性测量广泛应用于化工、食品、塑料、涂料、建筑等行业产品的质量控制环节。传统的光学特性测量，如颜色控制是通过操作人员对样本进行目测观察后作出判断，其判断结果带有强烈的主观性，评价结果也会随时间、环境或人员的变动而产生差异，导致评估存在较大的不准确性风险。科学技术的现代化发展，也带动了光学特性测量的水平的不断提高，从以往的依靠目测判断到借助特定的仪器进行现代化的色彩管理，评价结果也从主观性逐渐过渡到客观，光学特性评估的可靠性得到很大的提高。
[0003]目前，市场上一般的物体光学特性测量仪器通常采用光谱仪作为光测量装置，通过光谱仪测得经样品作用后光线的光谱或自身光度特性，利用这些光谱测试数据计算求得物体的三刺激值。根据所用光谱仪的数量，常见的颜色测量装置主要有以下两种类型:第一种，采用两个光谱仪，其中一个光谱仪作为光测量装置接收经样品作用后的光线，另一个光谱仪作为监测装置接收光源的光线，并监测光源变动以修正测量结果。通过设置两个光谱仪，经样品作用的光线和光源直接发出的光线通过两个光路分别得以测量，彼此不会干扰，此种装置虽然可获得较高的测量精度，但使用两个光谱仪的成本过高，同时造成仪器的体积庞大，影响测量的便捷性；另一种常见的颜色测量装置只采用一个光谱仪，减少了成本，同时仪器的体积得以缩小，但需通过在光谱仪的内部设置两个光接收通道，这两个光接收通道在一定程度上不可避免的会相互干扰，进而影响测量的准确性。
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【发明内容】
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[0004]针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种物体光学特性测量装置，仅需配置一个光测量装置即可完成对被测样品的光学特性测量，通过设置光源电参数监控装置，监控光源在工作过程中电参数的变动，并在光源稳定发光后选择合适的时间窗口开启光测量装置进行信号采集测量工作，利用光源电参数监控装置的监测结果以修正光测量装置的测量结果。本发明在降低成本的同时，提高了测量的准确性。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:一种物体光学特性测量装置，其特征在于，包括光源组、光测量装置和光源电参数监测装置，所述的光源组发出特定光谱的光线并照射到被测样品上，光测量装置接收来自光源组并经被测样品作用后的光线，光源电参数监测装置监测光源组中光源的工作电参数。
[0006]本发明通过设置光源电参数监控装置用以监控光源工作过程中电参数的变动。以LED光源为例，在实际测量中，由于热漂移、电压或电流波动、机械振动或气压差异，都会造成LED光源特性随时间发生衰减，影响测试结果的重复性或一致性。从图1中可以看出，LED的结温对光输出有着显著的影响。本发明通过配置光源电参数监控装置，不仅可以监测光源发光光谱的稳定性，还可以利用监测获得的数据校正测量装置测得的光谱数据，提高测量的准确度。此外由于仅配置一个光测量装置，可大幅降低成本。
[0007]本发明还可通过以下技术方案进一步限定和完善:
[0008]作为一种技术方案，所述的光源组中至少包括一个LED光源。现有的物体光学特性测量设备，多采用闪光灯，也即脉冲光源，作为测试用光源，测试前通过设置闪光或者脉冲次数，在一个或多个脉冲时间窗口内完成采样测量，由于闪光测量过程中的脉冲宽度小，测量时间较短，因而测量精度不能得到很好的保证。本发明选用LED光源作为测试用光源，对LED光源采用直流驱动，在通电的初始阶段，LED的输出性能会显著变化，经过一段时间后，输出性能变化将趋于平稳，此时选择平稳阶段中一个合适的时间窗口开启信号采集测量工作，可保证测量在较长的时间窗口内进行，提高了测试的准确度。
[0009]作为一种技术方案，所述的光源组至少包含一个LED白光源和一个LED独立补光源，所述的LED白光源和LED独立补光源组合发光形成所需的光线照射至被测样品上。LED白光源在380-780nm波段内具有全光谱分布，且具有发光效率高、光谱丰富、体积小、易控制驱动等特点。需要指出的是，对于具有明显颜色选择特性的被测样品，某一特定光源的光谱功率分布存在无法与被测物体颜色特性相匹配的情况，导致测得的光学特性与人眼实际感知不相符，即无法准确反映被测样品的光泽、透射、反射等特性，造成测量误差。因此，利用补光源配合白光源发光，获得更接近被测样品光学特性的光源，提高测试准确度。例如选择反射紫光为主的被测样品，测试时，在白光源照射的同时，通过补加紫光光源来增加紫光区域的光谱灵敏度，相比于仅白光源照射下的被测样品，补充的紫光光源可更显著地呈现被测样品的光学特性，从而获得高准确度的光学特性参数。作为优选，所述的独立补光源的补光波段应覆盖独立白光源中光谱灵敏度较低的波段，以实现提高待补光波段光谱响应度的目的。
[0010]作为优选，所述的光源组包括一个以上独立窄波源，所述的一个以上独立窄波源发出分立的窄波段光谱，利用窄波段光谱校正光源组的组合波段光谱。例如，选用白光LED光源和紫光LED光源组合作为光源组发光，测量时，首先仅用紫光光源作为发光光源，此时可以认为除紫光光源所在波段，其余波段外的光谱响应率为零，若此时其他波段存在光谱响应率，则可认为这些波段中存在噪声或杂散光。因而在后续使用白光光源和紫光光源组合作为入射光源时，此时应从测得的物体光学特性量值中除去此紫光以外部分噪声造成的误差，从而进一步提高了测量准确度。
[0011]作为优选，所述的光源组和对应的测量装置与被测样品之间构成d/8或8/d或d/0或Ο/d或45/0或者0/45的物体反射颜色测量几何条件，以及d/Ο或Ο/d或0/0等物体透射颜色测量几何条件，以满足目前国际国内的实际测量需求。
[0012]作为一种技术方案，还包括温度控制装置，所述的温度控制装置设置在光源组上，所述的温度控制装置根据LED光源结电压与结温的关联关系控制LED光源的工作温度。由于LED光源本身的稳定性因素，电压或频率的变化、局部湿度或其他环境状态的改变都会对光源的输出特性造成明显的影响，因此通过设置温度控制装置，利用LED光源结电压与结温的关联关系，实现对LED光源工作温度的控制。需要指出的是，温度控制装置还可用以补偿和调节由于环境状态变化对LED结温造成的影响。
[0013]作为一种技术方案，所述的光源电参数监测装置与温度控制装置电连接，温度控制装置根据光源电参数监测装置测得的光源电参数信息通过制冷或者加热的方式控制光源的工作温度。将光源电参数监测装置与温度控制装置电连接，通过两者的相互反馈，可获得稳定的光源输出特性，具体做法是:向光源组中通入恒流电流，光源电参数监测装置监测光源组的电参数波动，光源电参数监测装置将实测电参数信息反馈至温度控制装置，温度控制装置根据实测结果以制冷或者加热的方式调节光源组中开启光源的工作温度，光源电参数监测装置再次监测调整温度后光源组中光源的电参数波动情况，经过光源电参数监测装置与温度控制装置的多次反馈与调节后，光源组中光源的电参数波动趋于稳定，也即LED光源的工作温度趋于稳定，此时再开启光测量装置对被测样品进行光学特性测量。以LED光源为例，此种反馈调节方式利用的是LED结温与结电压的关联关系，当光源稳定后，光测量装置测得的数据即是LED光源稳定状态照射下的物体光学特性测量数据。相比未设置温度控制装置，此时无需再利用光源电参数监测装置测得的数据对光测量装置进行校正，即可实现准确测量。
[0014]作为一种技术方案，所述的光测量装置在待光源组的光源点亮且稳定后开启信号采集测量工作。由于在通电的初始阶段，LED的输出性能不太稳定，经过一段较短的时间后，其输出性能变化将趋于平稳，此时选择平稳阶段中一个合适的时间窗口，开启光测量装置进行信号采集测量工作。本发明与传统的脉冲光源测量有着本质的区别，脉冲光源测量是通过在测试前设置脉冲次数，在一个或多个脉冲时间窗口内完成测量，由于测量过程中的脉冲宽度小，实际测量的时间较短，因而测量精度不能得到很好的保证。本发明可保证测量在较长的时间窗口内进行，测试精度得到进一步的提升。
[0015]作为优选，所述的光测量装置为光谱辐射计或者光谱辐射测量模块，可测得被测样品的光谱信息，并根据获得的光谱信息得到与光谱信息相关的颜色信息，如被测样品的光谱反射率、透射率、色坐标等。
[0016]作为一种技术方案，所述的光源电参数监测装置监测光源组中光源的电参数，根据光源电参数与光源发光光谱的依赖关系，推算出光源的实际发光光谱，并修正光测量装置的测量结果。所用光源不同时，光源电参数监测装置的监测参数也随之变化:当光源为LED时，光源电参数监测装置的监测的是LED的电流或电压；当采用其他类型的光源，如钨丝灯，光源电参数监测装置的监测的是电功率。光源电参数监测装置监测的是光源组的电参数波动，利用光源电参数与光源发光光谱的依赖关系可将监测获得的电参数转换为光学参数，进而推算出光源的实际发光光谱；而光测量装置测量的是经被测样品作用后的光源的光谱，利用前