一種帶重復(fù)性優(yōu)化裝置的雙光路分光測色儀和優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雙光路分光測色儀領(lǐng)域，具體是一種帶重復(fù)性優(yōu)化裝置的雙光路分光 測色儀和優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 顏色測量儀器是將顏色這一心理物理量量化的常規(guī)測量儀器。顏色測量儀器從測 量原理上來分有兩種：光電積分式測色儀和分光測色儀。評價顏色測量儀器最關(guān)鍵的兩個 指標(biāo)是測量重復(fù)性和示值誤差。光電積分式測色儀器是在可見光范圍內(nèi)采用單顆硅光電二 極管配合濾光片調(diào)整儀器的光譜響應(yīng)，通過積分測量測得樣品顏色的三刺激值X、Y、Z。這 種技術(shù)手段很難達到較低的示值誤差。目前主流的顏色測量儀器是分光測色儀，這種方法 是通過測量被測樣品表面的光譜反射率來計算顏色數(shù)據(jù)的，可達到較好的測量重復(fù)性和較 低的示值誤差。目前，分光測色儀的測量重復(fù)性可達到ΛΕ=0.04。目前國外有X' Rite， Datacolor，美能達等公司推出了成熟的分光測色儀，國內(nèi)的分光測色儀發(fā)展滯后于國外， 目前只有杭州彩譜推出了便攜式的分光測色產(chǎn)品。
[0003] 目前，傳統(tǒng)技術(shù)手段中，可達到分光測色儀器的短期測量重復(fù)性Λ E〈0. 05,在溫度 大范圍變化時重復(fù)性Λ E〈0. 13。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種帶重復(fù)性優(yōu)化裝置 的雙光路分光測色儀，被測樣品夾持在第一積分球上的反射樣品夾持位置，包括第一積分 球和第二積分球，光源發(fā)出的光從第一積分球側(cè)面的光入射孔入射至積分球內(nèi)部，在積分 球內(nèi)經(jīng)充分均勻化；第一積分球上主光路出光孔位置為與被測樣品表面法線成-8°角方 向在積分球內(nèi)壁上的投影；在第一積分球內(nèi)壁上與被測樣品表面法線成30°方向處設(shè)置 輔光路出光孔；在主光路和輔光路之間設(shè)有第二積分球。
[0005] 進一步的，在第一積分球上與被測樣品表面法線成8°角方向在積分球內(nèi)壁上的 投影上設(shè)置光阱。
[0006] 進一步的，在第一積分球內(nèi)設(shè)置兩個擋板A、B。
[0007] 進一步的，在主光路出光孔和輔光路出光孔的外側(cè)光路上分別設(shè)置透鏡組，將入 射光線勻化后，聚焦至主分光光路、輔分光光路的入射狹縫處。
[0008] 進一步的，第二積分球用于對主輔通道的傳感器進行校準(zhǔn)。
[0009] 進一步的，所述第二積分球內(nèi)部左側(cè)開一光源入射孔，照明光源為鹵鎢燈，光線入 射至第二積分球內(nèi)部，第二積分球內(nèi)表面涂覆白色漫反射涂料，使入射光線在積分球內(nèi)部 均勻化。
[0010] 進一步的，所述第二積分球上下兩端分別開出射狹縫，狹縫外置凸透鏡，對出射光 線進行準(zhǔn)直，兩個出射狹縫的出射光線經(jīng)透鏡準(zhǔn)直后，再經(jīng)過合束鏡反射，入射至主、輔分 光光路的入射狹縫處。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種雙光路分光測色儀的重復(fù)性優(yōu)化方法，包括如下步驟： 在開機校準(zhǔn)時，進行傳感器校準(zhǔn)和黑校準(zhǔn)： 傳感器校準(zhǔn)方法：點亮鹵鎢燈，得到主、輔通道的采樣值分別為Ili和ill; 計算比例系i
開機黑校準(zhǔn)是使用儀器對標(biāo)準(zhǔn)黑腔反射率進行測量，得到主、輔通道的采樣值分別為 取】和; 在實際測量時，測量過程分為兩個步驟： 步驟1:點亮齒鎢燈，對主、輔通道進行校準(zhǔn)測試，獲得當(dāng)前儀器兩個通道的采樣結(jié)果 步驟2 :熄滅鹵鎢燈，點亮氙燈，對被測樣品進行測量，獲得儀器主、輔通道之間的采樣 結(jié)果!f⑴扣丨f [>j ; 對采樣數(shù)據(jù)進行如下修正，
!f【X]為修正后的主通道采樣值，If [λ]為修正后的輔通道采樣值； 取每個波長的最終采樣強度為：
通過定標(biāo)，可將取丨轉(zhuǎn)化為被測樣品的反射率數(shù)據(jù)。
[0012] 本發(fā)明的帶重復(fù)性優(yōu)化裝置的雙光路分光測色儀在光路設(shè)計中采用雙光路結(jié)構(gòu)， 采用兩個傳感器分別測量樣品信號和光源信號，通過在光路結(jié)構(gòu)中設(shè)置校準(zhǔn)光源，解決了 由溫度變化引起的傳感器之間的相應(yīng)效率一致性問題。經(jīng)實驗，本發(fā)明的中推薦的分光測 色儀設(shè)計方法短期測量重復(fù)性Λ Ε〈0. 03,在溫度大范圍變化時重復(fù)性指標(biāo)沒有明顯變化， 相對于傳統(tǒng)技術(shù)有顯著改善。
【附圖說明】
[0013] 圖1是現(xiàn)有測試儀的雙光路結(jié)構(gòu)； 圖2是硅光電池器件受溫度的影響圖； 圖3是帶重復(fù)性優(yōu)化裝置的雙光路分光測色儀結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是第二積分球的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是重復(fù)性優(yōu)化前的測量結(jié)果圖； 圖6是重復(fù)性優(yōu)化后的測量結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0015] 為了達到良好的測量重復(fù)性，分光測色儀器通常同時測量樣品表面反射信號和一 部分積分球內(nèi)壁。取積分球內(nèi)壁的反射信號作為參考光來檢測光源強度波動。如圖1所不。 在這種情況下，需要分別對兩路信號進行分光和光譜強度檢測。這種情況下，需要考慮兩路 傳感器之間的差異性。
[0016] 分光測色儀通常采用硅器件為傳感器器件，在使用過程中，溫度會對產(chǎn)生很大的 影響，如圖2所示。當(dāng)兩個傳感器的溫度特性有差異時，在溫度變化后，采樣結(jié)果也會出現(xiàn) 一定的差異，導(dǎo)致測量重復(fù)性指標(biāo)變差。
[0017] 儀器測量重復(fù)性有兩個指標(biāo)：短期重復(fù)性和長期重復(fù)性。其中，長期重復(fù)性的評價 方法是在儀器長期使用中，儀器的測量值變化。在儀器設(shè)計中是通過儀器開機校準(zhǔn)保證儀 器的長期重復(fù)性的。在儀器每次開機時進行開機校準(zhǔn)，對標(biāo)準(zhǔn)白板進行測量，進行儀器的標(biāo) 定。
[0018] 短期重復(fù)性是指，在儀器每次開機后，對某一樣品進行多次連續(xù)測量，其測量值的 波動。由于每次測量過程中儀器照明光源強度會發(fā)生一定的波動，所以在設(shè)計中通常采用 雙光路結(jié)構(gòu)，采用兩個傳感器分別對主、輔通道進行測量。主通道對被測樣品進行測量，輔 通道對光源強度進行測量。但是，如果多次測量過程中由于溫度條件變化，主、輔通道的傳 感器響應(yīng)效率發(fā)生變化，兩者響應(yīng)效率不一致，則會導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)波動。
[0019] 本發(fā)明在目前已有的雙光路方案中加入了校準(zhǔn)光路，采用鹵鎢燈光源對傳感器的 波長準(zhǔn)確性和傳感器光電效率進行校準(zhǔn)。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0020] 如圖3所示的分光顏色測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，是對被測樣品進行反射測量的。其中， 被測樣品夾持在第一積分球上的反射樣品夾持位置。
[0021] 儀器照明光源為氙燈，光源發(fā)出的光從積分球側(cè)面的光入射孔入射至第一積分球 內(nèi)部，在積分球內(nèi)經(jīng)充分均勻化。
[0022] 第一積分球上光阱的位置為與被測樣品表面法線成8°角方向在積分球內(nèi)壁上的 投影。光阱的作用是為了使進入主分光光路的信號中沒有被測樣品表面的鏡面反射光。
[0023] 第一積分球上出光孔位置為與被測樣品表面法線成_8°角方向在積分球內(nèi)壁上 的投影。其作用為使樣品表面反射光信號進入主分光光路。設(shè)置兩個擋板A和B，其作用為 防止光源發(fā)出的光線不經(jīng)過積分球勻化而直接照射到樣品表面和進入主分光光路。
[0024] 在第一積分