一种材料光学特性测量装置的制造方法
【专利说明】一种材料光学特性测量装置 【技术领域】
[0001]本发明涉及一种材料光学特性测量装置，属于光学特性测量领域范畴，特别涉及 一种材料光学特性的测量仪器。 【【背景技术】】
[0002] 随着现代工业的飞速发展，颜色、光谱反射率等成为衡量材料表面特性的重要指 标，因此对各种材料的光学特性进行准确测量十分重要。其中对于不透光或半透光材料，其 光学特性测量关键在于对材料表面反射光的测量；目前工业界常用的颜色或光谱反射率测 量装置通常采用积分球来为测量提供漫射照明条件，进而由光学成像系统以及光学探测器 对被测材料表面的反射光进行测量，如图1所示。
[0003]从图1中可以看出，实际应用中因为设备的系统误差以及操作误差，往往使得进入 光学探测器的光线不仅仅来自于被测样品表面的反射光，还包含很多非期望光线，主要是 米样窗口附近的积分球内壁的反射光，尤其当米样窗口较小时，这部分的杂散光影响更为 明显，并且探测器所接收的这部分杂散光的比例会因为采样窗口处放置不同的测量对象而 不同。然而在传统的仪器定标以及测量过程中，一般粗略地将这部分杂散光信号看作相等 进行处理，这极大的影响了光学参数的测量准确度，不能真实的反应材料表面的光学特性。
[0004]例如，在对样品的反射率进行测量前，首先需要用可溯源至相关认证机构的零位 校准盒和标准白板对测量仪器进行校准，即进行反射率定标，进而进行样品反射率测量，主 要通过以下步骤进行：
[0005] 1)将零位校准盒放置于采样窗口位置，根据探测器所接受的信号值AD〇进行零位 校正;AD〇可表示为
[0006] AD〇 =kPM+Z〇 =Z〇 (1)
[0007] 2)取下零位校准盒，将标准白板放置于采样窗口位置进行校正;所接受的信号值 ADi可表示为：
[0008] ADi=kp白+Zi (2)
[0009] 3)将待测样品放置于采样窗口处，所接受的信号值AD2可表示为：
[0010] AD2 =kfi#+Z2 (3)
[0011] 公式（1)、（2)、（3)中，pii为零位校准盒的反射率(通常为0)，pe为标准白板的反射 率;P样为被测样品真实的反射率;kpii，kp白，kp样分别为在米样窗口处放置零位校准盒、标准 白板以及被测样品时来自于采样窗口区域的信号值;心^:^:^分别为放置零位校准盒^示准 白板以及待测样品时探测器所接收的杂散光信号。
[0012]分析可知，公式（1)、⑵、（3)中Z〇，Zi，22均由两部分组成，为系统本身的噪声S以及 来自米样窗口边上积分球内壁的杂散光信号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，定标后仪器实测的待测样品的反射率P满足下面公式：
[0017]
[0018] 在实际的测量中被测样品表面的一部分反射光会照射到积分球米样窗口边上的 积分球内壁上(见图1)，因此对于不同的被测样品（如标准白板和红色的待测板），采样窗口 附近的积分球内壁上的光是不一样的，进而探测器中所接受到的来自积分球内壁的杂散光 信号大小也不同，即Mo矣Μι矣M2,因此实际测得的P矣P#。
[0019]然而传统定标中往往没有考虑到来自球壁杂散光会因为放置样品不同而不相等 的情况，简单近似P=P样的计算实际是不准确的，这种近似极大影响测量的准确性，不利于 人们对样品表面特性的真实把握。 【
【发明内容】
】
[0020] 鉴于上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种高精度的材料光学特性 测量装置，通过简单合理的设计，消除掉在光学接收装置中探测器所接收到的来自于积分 球球壁的反射光，进而提高测量的准确度和可信度，以方便人们准确把握材料的表面光学 特性。
[0021] 本发明通过以下技术方案实现:一种材料光学特性测量装置，包括积分球、照明光 源、光学接收装置，其特征在于:还包括消光部分，所述的积分球球壁上设有测量窗口，且在 测量窗口的出射光路上设有光学接收装置，所述的积分球上还设有用于采集被测样品信号 的采样窗口，所述的消光部分位于被测样品采样区域的外围。
[0022] 本发明在采样窗口即被测样品采样区域的外围创新性的引入消光部分的设计，极 大地降低的采样区域以外的杂散光进入到光学接收装置的比例，进而提高了材料表面光学 特性的测量准确度，对于准确认识和把握材料表面的真实光学特性有重要意义;此外，本发 明中的被测样品采样区域的外围包括积分球内壁、积分球腔体内部以及被测样品表面等位 置。相比于现有技术，本发明具有操作简便、测试准确的优点。
[0023]本发明还可以通过以下技术方案进一步限定和完善：
[0024]作为一种技术方案，所述消光部分为具有低反射特性的材料或部件。消光部分顾 名思义具有低反射特性，本方案中的消光部分可以为具有低反射率的涂层、材料或者部件， 如黑色涂层、黑色绒布及表面涂有黑色涂层的环状部件等;且为保证足够的消光能力，规定 消光部分的反射率不得高于8%。
[0025]作为一种技术方案，所述消光部分设置在采样窗口边缘处的积分球内壁上。当消 光部分为涂层或者黑色绒布等材料时，将消光部分设置于采样窗口边缘处的积分球内壁 上，进而消除采样窗口边缘处的积分球内壁的反射光；同时为了保证照明条件的实现，积分 球内壁除了采样窗口边缘处的消光部分设计外全部涂以白色漫反射涂层。
[0026]作为一种技术方案，所述的消光部分为黑色涂层。黑色涂层可为黑色漫反射涂层 涂层，或黑色镜面反射涂层等;并将黑色涂层成环状均匀涂覆在采样窗口边缘处的积分球 内壁上。
[0027]作为一种技术方案，上述积分球中还包括支架，且所述消光部分通过支架加以固 定。当消光部分为表面具有低反射特性的消光部件时，通过在积分球内设置的支架将消光 部件固定在位于被测样品采样区域的外围，防止采样区域以外的反射光进入到光学接收装 置，从而提高测试精度。
[0028] 作为一种技术方案，还包括目标罩，目标罩安装在积分球上，并与积分球球体相吻 合，为可拆卸部件；目标罩上设有采样窗口，且在采样窗口边缘处的目标罩内壁上设有消光 部分。所述目标罩为积分球球体的可拆卸部件，当安装在积分球上时可与积分球球体相吻 合，并作为积分球球体的一部分；目标罩上设有对应于被测样品采样区域的采样窗口，用来 采集被测样品信号；在采样窗口边缘处的目标罩内壁上设有消光部分；目标罩内壁除消光 部分外全部为白色涂层。
[0029] 作为一种技术方案，所述消光部分设置在被测样品上，位于采样区域的边缘。本方 案中积分球的内壁全部为白色涂层;消光部分设置在被测样品上的采样区域的边缘处，在 测试时，被测样品的采样区域以及边缘的消光部分同时放置在积分球的采样窗口处，同样 可消除被测区域周边的杂散光进入到光学接收装置中。
[0030] 作为一种技术方案，所述的采样窗口是但不限于矩形，或圆形，或正方形。实际应 用中，采样窗口形状的设计可根据具体的应用需要进行设计，可以是矩形，圆形，或者正方 形或者其他多边形。
[0031] 作为一种技术方案，所述照明光源位于积分球的内侧;或者所述的照明光源位于 积分球的外部，并在积分球上设置将照明光源的光线引入球内的照明窗口。照明光源可根 据实际需要设置在积分球的内部和外部；当照明光源位于积分球外部时，要在积分球球壁 上设置将照明光源的光线引入积分球内部的照明窗口。
[0032] 作为上述方案的优选方案，还包括挡板，所述挡板位于积分球内部，设置于照明光 源与被测样品之间；或者所述挡板位于积分球内部，设置于照明光源与照明窗口之间。当照 明光源位于积分球内部时，将挡板设置于照明光源与被测样品之间；当照明光源外部时，将 挡板设置于照明光源与照明窗口之间；挡板的设置可以防止照明光源发出的光线直接照射 在被测样品表面，从而保证材料光学特性测量中所需的漫射照明条件。
[0033] 作为一种技术方案，所述的光学接收装置包括光学成像装置和光学探测器。光学 成像装置用来限定光学探测器所接受光线的区域的位置并接收来自该区域的反射光，并进 一步将光线传输至光学探测器进行测量;本方案中的光学探测器是但不限于光谱测量设备 或积分式光电探测器或者为三刺激值色度探测器。
[0034] 作为优选，上述技术方案中所述的光学探测器为光谱测量设备。光谱测量设备可 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。
[0035] 综上所述，本发明公开了一种材料光学特性测量装置，通过在被测样品测试区域 外围进行消光部分的设计，有效降低了测试区域外围的杂散光进入到光学接收装置的比 例，提高测试准确度;此外，本发明操作起来非常简便，在测试精度上却能起到质的改善，有 事半功倍的效果，可推进整个行业的进步;该材料光学特性测量装置可广泛应用于各种材 料表面光学特性的测量中。 【【附图说明】】
[0036] 附图1是传统材料光学测量装置示意图；
[0037] 附图2是实施例1中本发明装