一種帶重復(fù)性優(yōu)化裝置的雙光路分光測(cè)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(cè)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(cè)色儀和優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 顏色測(cè)量?jī)x器是將顏色這一心理物理量量化的常規(guī)測(cè)量?jī)x器。顏色測(cè)量?jī)x器從測(cè) 量原理上來分有兩種：光電積分式測(cè)色儀和分光測(cè)色儀。評(píng)價(jià)顏色測(cè)量?jī)x器最關(guān)鍵的兩個(gè) 指標(biāo)是測(cè)量重復(fù)性和示值誤差。光電積分式測(cè)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(cè)量測(cè)得樣品顏色的三刺激值X、Y、Z。這 種技術(shù)手段很難達(dá)到較低的示值誤差。目前主流的顏色測(cè)量?jī)x器是分光測(cè)色儀，這種方法 是通過測(cè)量被測(cè)樣品表面的光譜反射率來計(jì)算顏色數(shù)據(jù)的，可達(dá)到較好的測(cè)量重復(fù)性和較 低的示值誤差。目前，分光測(cè)色儀的測(cè)量重復(fù)性可達(dá)到ΛΕ=0.04。目前國(guó)外有X' Rite， Datacolor，美能達(dá)等公司推出了成熟的分光測(cè)色儀，國(guó)內(nèi)的分光測(cè)色儀發(fā)展滯后于國(guó)外， 目前只有杭州彩譜推出了便攜式的分光測(cè)色產(chǎn)品。
[0003] 目前，傳統(tǒng)技術(shù)手段中，可達(dá)到分光測(cè)色儀器的短期測(cè)量重復(fù)性Λ E〈0. 05,在溫度 大范圍變化時(shí)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(cè)色儀，被測(cè)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(cè)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(cè)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(jìn)一步的，在第一積分球上與被測(cè)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(jìn)一步的，在第一積分球內(nèi)設(shè)置兩個(gè)擋板A、B。
[0007] 進(jìn)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(jìn)一步的，第二積分球用于對(duì)主輔通道的傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0009] 進(jìn)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(jìn)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(duì)出射光 線進(jìn)行準(zhǔn)直，兩個(gè)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(cè)色儀的重復(fù)性優(yōu)化方法，包括如下步驟： 在開機(jī)校準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)和黑校準(zhǔn)： 傳感器校準(zhǔn)方法：點(diǎn)亮鹵鎢燈，得到主、輔通道的采樣值分別為Ili和ill; 計(jì)算比例系i
開機(jī)黑校準(zhǔn)是使用儀器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)黑腔反射率進(jìn)行測(cè)量，得到主、輔通道的采樣值分別為 取】和; 在實(shí)際測(cè)量時(shí)，測(cè)量過程分為兩個(gè)步驟： 步驟1:點(diǎn)亮齒鎢燈，對(duì)主、輔通道進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)試，獲得當(dāng)前儀器兩個(gè)通道的采樣結(jié)果 步驟2 :熄滅鹵鎢燈，點(diǎn)亮氙燈，對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行測(cè)量，獲得儀器主、輔通道之間的采樣 結(jié)果!f⑴扣丨f [>j ; 對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)波長(zhǎng)的最終采樣強(qiáng)度為：
通過定標(biāo)，可將取丨轉(zhuǎn)化為被測(cè)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(cè)色儀在光路設(shè)計(jì)中采用雙光路結(jié)構(gòu)， 采用兩個(gè)傳感器分別測(cè)量樣品信號(hào)和光源信號(hào)，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(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的中推薦的分光測(cè) 色儀設(shè)計(jì)方法短期測(cè)量重復(fù)性Λ Ε〈0. 03,在溫度大范圍變化時(shí)重復(fù)性指標(biāo)沒有明顯變化， 相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)有顯著改善。
【附圖說明】
[0013] 圖1是現(xiàn)有測(cè)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(cè)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(cè)量結(jié)果圖； 圖6是重復(fù)性優(yōu)化后的測(cè)量結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015] 為了達(dá)到良好的測(cè)量重復(fù)性，分光測(cè)色儀器通常同時(shí)測(cè)量樣品表面反射信號(hào)和一 部分積分球內(nèi)壁。取積分球內(nèi)壁的反射信號(hào)作為參考光來檢測(cè)光源強(qiáng)度波動(dòng)。如圖1所不。 在這種情況下，需要分別對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行分光和光譜強(qiáng)度檢測(cè)。這種情況下，需要考慮兩路 傳感器之間的差異性。
[0016] 分光測(cè)色儀通常采用硅器件為傳感器器件，在使用過程中，溫度會(huì)對(duì)產(chǎn)生很大的 影響，如圖2所示。當(dāng)兩個(gè)傳感器的溫度特性有差異時(shí)，在溫度變化后，采樣結(jié)果也會(huì)出現(xiàn) 一定的差異，導(dǎo)致測(cè)量重復(fù)性指標(biāo)變差。
[0017] 儀器測(cè)量重復(fù)性有兩個(gè)指標(biāo)：短期重復(fù)性和長(zhǎng)期重復(fù)性。其中，長(zhǎng)期重復(fù)性的評(píng)價(jià) 方法是在儀器長(zhǎng)期使用中，儀器的測(cè)量值變化。在儀器設(shè)計(jì)中是通過儀器開機(jī)校準(zhǔn)保證儀 器的長(zhǎng)期重復(fù)性的。在儀器每次開機(jī)時(shí)進(jìn)行開機(jī)校準(zhǔn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行儀器的標(biāo) 定。
[0018] 短期重復(fù)性是指，在儀器每次開機(jī)后，對(duì)某一樣品進(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量，其測(cè)量值的 波動(dòng)。由于每次測(cè)量過程中儀器照明光源強(qiáng)度會(huì)發(fā)生一定的波動(dòng)，所以在設(shè)計(jì)中通常采用 雙光路結(jié)構(gòu)，采用兩個(gè)傳感器分別對(duì)主、輔通道進(jìn)行測(cè)量。主通道對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行測(cè)量，輔 通道對(duì)光源強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。但是，如果多次測(cè)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(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)波動(dòng)。
[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(duì)傳感器的 波長(zhǎng)準(zhǔn)確性和傳感器光電效率進(jìn)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(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，是對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行反射測(cè)量的。其中， 被測(cè)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(cè)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(jìn)入主分光光路的信號(hào)中沒有被測(cè)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(cè)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(hào)進(jìn)入主分光光路。設(shè)置兩個(gè)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(jìn)入主分光光路。
[0024] 在第一積分