一种分光测色仪的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及颜色测量技术领域，具体涉及一种分光测色仪。
【【背景技术】】
[0002]CIE推荐的d/8测量几何包含了SCI (包含被测样品表面的镜面反射光)和SCE(消除被测样品表面的镜面反射光)两种结构。SCI测量结果与材料表面光泽无关，数据一般用于配色;SCE则是排除镜面反射光，与眼睛观察颜色的结果比较接近，一般用于颜色验收、质控等。现有的d8分光测色仪，光源发出的光在积分球内混光后对样品进行漫射照明，在与样品法线偏8°的位置处设置一接收装置，并在积分球壁上与样品法线偏-8°的位置处开有一用于消除镜面成分的光陷阱孔(如图1所示)，通过机械开关的切换，封闭或打开光陷阱孔以提供SCI或SCE测量结构。但是机械切换不仅影响测量稳定性，每次切换还需要重新定标，测量时间较长，效率也不高。
[0003]为了克服上述技术缺陷，US005859709A中公开了一种基于双光源兼容SCI/SCE测试条件的测色仪及实现方法，该方案在传统技术的基础上还设置了用于实现SCE观察条件的第二照明光源，其中第二照明光源设置在原光陷阱位置处，第二照明光源的入射光经样品反射后投射至接收装置，通过采用双光源分别依次照明的方式实现SCI/SCE测量条件切换，并利用两次照明获得的测试结果通过数据处理得到SCE条件下的测试值。但US005859709A的技术方案(图2)中的第二光源的光利用率较低，样品表面的照明不充足且积分球内壁还有二次的漫反射，且重复性较差。JP4400538B2(图3)中对第二照明系统作了改进，但第二照明光源通过扩散片和聚焦器件照射样品表面，这种结构虽提高了光源利用率和信噪比，但却存在几个显著的缺点:首先其是将照射光源一次直接成像于采样窗口处，但由于通常照明光源的光形是不均匀的，故而投射到被测样品上的光源的光形也是不均匀的，这将直接影响SCE测量结果的准确度，虽然可用光阑调节光斑大小，但光斑较小时，光源不均匀带来的缺陷将更加凸显；其次这种结构中由于仅有一个用于调节光斑尺寸的光阑，无法实现对光斑强弱的调节，导致当测量反射率相差较大的样品时，探测器接收到的信号强弱差异明显，动态范围小，测试准确度不高。
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【发明内容】
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[0004]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兼容SCI和SCE测试条件的前提下，进一步提高测试数据的准确度以及测量结构的适应性。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的基本构思是:在普通测色积分球上除设置第一照明系统，还设置照明采样窗口的第二照明系统。利用双光源系统:第一照明系统和第二照明系统，实现在同一测色仪内兼容SCI和SCE测试条件，并通过对第二照明系统光源的照明途径实施改进，使得投射至采样窗口附近的光源光形更为均匀，进一步改善第二照明系统的照明质量，提高测试准确度。
[0006]作为实现本发明的一种技术方案，第二照明系统直接照明采样窗口，具体的在测色积分球上设置多个开孔，包括光源入射口、测量窗口以及采集被测样品信号的采样窗口，在测量窗口处设置光学接收装置，光学接收装置光轴经过采样窗口中心;光源入射口的中心法线和光学接收装置的光轴沿采样窗口的中心法线呈8°对称设置，积分球内壁涂覆有白色涂层;第一照明系统发出的光线在测色积分球内混光后照明采样窗口；第二照明系统中包括第二照明光源、沿光路依次设置的前置透镜和聚光镜，前置透镜将第二照明光源发出的光成像于聚光镜附近，聚光镜再将前置透镜成像到目采样窗口附近。
[0007]作为实现本发明的另一种技术方案，第二照明系统通过积分球内壁的第一反射区域照明采样窗口，具体的第一反射区域反射光的光轴与光学接收装置的光轴沿采样窗口的中心法线呈8°镜像对称，此区域相当于镜面反射的入射光源，其发出的光线只有经过被测样品的作用后才能被接收装置接收测量。为了将第二照明系统发出的光投射至第一反射区域，可通过在积分球外引入一个反射装置，第二照明系统发出的光线先经反射装置反射后通过光入射口投射至积分球内壁上的第一反射区域处，该区域发出的光线投射至被测样品表面后被接收装置接收。还或者可将反射装置置于积分球内，第二照明系统发出的光线先通过光入射口投射至安装反射装置的位置处，反射装置再将入射到其上的光线反射至积分球内壁上的第一反射区域处，再由第一区域将光线投射至被测样品表面，并经被测样品作用后被接收装置接收测量。
[0008]上述两种方案中，无论第二照明系统是直接照明采样窗口，还是第二照明系统通过积分球内壁的第一反射区域照明采样窗口，由第二照明系统发出的入射至采样窗口上的光线光轴与光学接收装置的光轴沿采样窗口的中心法线镜像对称，以实现对镜面成分的测量。
[0009]作为优选，前述方案中的第二照明系统中还可以包括用于调节照射至被测样品上光斑大小的第一可调节光阑，第一可调节光阑可以设置在前置透镜与第二照明光源之前的光路中、且靠近前置透镜一侧;或者可调节光阑设置在前置透镜与聚光镜之间的光路中、且靠近前置透镜一侧。以第一可调节光阑设置在前置透镜与聚光镜之间的光路中为例说明，第二照明光源发出的光线经前置透镜均匀照射在第一可调节光阑上，调节第一可调节光阑的尺寸，可改变进入第一可调节光阑光线的数量，前置透镜和第一可调节光阑共同作用将第一可调节光阑尺寸限定范围内的光线成像至聚光镜附近，聚光镜再将这些光线成像至采样窗口附近，由于是将均匀照射在第一可调节光阑上的光线成像至采样窗口附近，因此投射至采样窗口附近的光源光形也较为均匀，测试数据的准确度也将有所提升。
[0010]作为优选，前述方案中的第二照明系统中还可以包括用以调节投射至被测样品上光斑强弱的第二可调节光阑，第二可调节光阑靠近聚光镜设置，第二照明光源发出的光经过前置透镜成像在第二可调节光阑附近。由于入射光源强度的不同会对测试结果有所影响，因此第二可调节光阑的引入可保证在应对具有不同反射率被测样品时接收装置具备较好的动态范围，有效应对各种测试需求。
[0011]测试时需首先使用至少两块可溯源至相关认证机构的、且具有不同镜面反射率和漫反射率的标准板来对测色仪进行定标。具体的做法是:将一块已知镜面反射率和漫反射率的标准板置于采样窗口处，开启第一照明系统，此时第一测量装置测得值I1,1;关闭第一照明系统，开启第二照明系统，第一测量装置测得值I1,2:
[0012]11,1 = ki 11, scE+hi 11, sci (1~1)
[0013]11,2 = k211, scE+hi 11, sci (1~2)
[0014]用另一块已知镜面反射率和漫反射率的标准板替换前一块标准板，同上述步骤，此时第一测量装置两次测得值分别为I2,WPI2,2:
[0015]l2,i = kil2,scE+h2l2,sci (2-1)
[0016]l2,2 = k2l2,SCE+h2l2,SCI (2-2)
[0017]其中Ii,scE表不第一块标准板的SCE反射率，11, sci表不第一块标准板的SCI反射率；同样的12, SCE和12, SQ分别表不第二块标准板的SCE和SCI反射率。
[0018]联立上述方程，可以得到系数IuAhh1和h2。然后再将待测样品放置在采样窗口处，同上述操作步骤，此时第一测量装置两次测得值分别为Is,4PIs,2:
[0019]Is,i = kiIs,scE+h2ls,sci (3-1)
[0020]Is,2 = k2ls,scE+h2ls,sci (3-2)
[0021]由于系数已经通过定标得到确定，因此联立方程(3-1)和(3-2)即可求得被测样品的镜面反射率Is, SCE和漫反射率Is, SCI。
[0022]作为优选，前述测色仪中的积分球还包括消光部分，消光部分位于被测样品采样区域的外围，且消光部分具有低反射率。由于实际应用中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，这部分杂散光对测量结果的影响不可忽视，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。因此可采用消光部分将这部分杂散光进一步较少，以降低对系统的干扰。
[0023]具体的，消光部分可设于采样窗口边缘处的积分球内壁上;或者在积分球上安装一样品辅助部件，该样品辅助部件与积分球球体相吻合，并且可拆卸，采样窗口设置在样品辅助部件上，此时消光部分则设于采样窗口边缘的样品辅助部件内壁上;还或者在被测样品上设置消光部分，该消光部分位于被测样品采样区域的边缘，并且测试时被测样品紧靠采样窗口设置。前两种方案中，消光部分还可以通过设于积分球内壁、且靠近采样窗口边缘区域处设置的支撑装置加以固定。需要指出的是，这里的消光部分可以为低反射率涂层或者其它具有低反射特性的材料或者物件，通常为黑色涂层，这里的黑色涂层可以是黑色漫反射涂层，或黑色半漫反射涂层，或黑色镜面反射涂层，或黑色半镜面反射涂层;或者消光部分为低反射率材料。为了保证消光质量，通常消光部分的反射率应不高于8%。
[0024]需要指出的是，前述的各种方案中第一照明系统既可置于积分球外，也可置于积分球内。当第一照明系统置于积分球外时，积分球壁上对应位置处需要开设相应的光入射口，以便将第一照明系统发出的光引入积分球内；对于第一照明系统置于积分球内的情况，则无需在积分球壁上开设对应的光入射口，但需设置挡板以防止第一照明系统直射被测样品O
[0025]综上所述，本发明通过引入双光源照明系统，实现兼容SCI和SCE测试条件，并通过对第二照明系统的改进，在第二