一種材料光學特性測量裝置的制造方法
【專利說明】一種材料光學特性測量裝置 【技術領域】
[0001]本發明涉及一種材料光學特性測量裝置，屬于光學特性測量領域范疇，特別涉及 一種材料光學特性的測量儀器。 【【背景技術】】
[0002] 隨著現代工業的飛速發展，顏色、光譜反射率等成為衡量材料表面特性的重要指 標，因此對各種材料的光學特性進行準確測量十分重要。其中對于不透光或半透光材料，其 光學特性測量關鍵在于對材料表面反射光的測量；目前工業界常用的顏色或光譜反射率測 量裝置通常采用積分球來為測量提供漫射照明條件，進而由光學成像系統以及光學探測器 對被測材料表面的反射光進行測量，如圖1所示。
[0003]從圖1中可以看出，實際應用中因為設備的系統誤差以及操作誤差，往往使得進入 光學探測器的光線不僅僅來自于被測樣品表面的反射光，還包含很多非期望光線，主要是 米樣窗口附近的積分球內壁的反射光，尤其當米樣窗口較小時，這部分的雜散光影響更為 明顯，并且探測器所接收的這部分雜散光的比例會因為采樣窗口處放置不同的測量對象而 不同。然而在傳統的儀器定標以及測量過程中，一般粗略地將這部分雜散光信號看作相等 進行處理，這極大的影響了光學參數的測量準確度，不能真實的反應材料表面的光學特性。
[0004]例如，在對樣品的反射率進行測量前，首先需要用可溯源至相關認證機構的零位 校準盒和標準白板對測量儀器進行校準，即進行反射率定標，進而進行樣品反射率測量，主 要通過以下步驟進行：
[0005] 1)將零位校準盒放置于采樣窗口位置，根據探測器所接受的信號值AD〇進行零位 校正;AD〇可表示為
[0006] AD〇 =kPM+Z〇 =Z〇 (1)
[0007] 2)取下零位校準盒，將標準白板放置于采樣窗口位置進行校正;所接受的信號值 ADi可表示為：
[0008] ADi=kp白+Zi (2)
[0009] 3)將待測樣品放置于采樣窗口處，所接受的信號值AD2可表示為：
[0010] AD2 =kfi#+Z2 (3)
[0011] 公式（1)、（2)、（3)中，pii為零位校準盒的反射率(通常為0)，pe為標準白板的反射 率;P樣為被測樣品真實的反射率;kpii，kp白，kp樣分別為在米樣窗口處放置零位校準盒、標準 白板以及被測樣品時來自于采樣窗口區域的信號值;心^:^:^分別為放置零位校準盒^示準 白板以及待測樣品時探測器所接收的雜散光信號。
[0012]分析可知，公式（1)、⑵、（3)中Z〇，Zi，22均由兩部分組成，為系統本身的噪聲S以及 來自米樣窗口邊上積分球內壁的雜散光信號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，定標后儀器實測的待測樣品的反射率P滿足下面公式：
[0017]
[0018] 在實際的測量中被測樣品表面的一部分反射光會照射到積分球米樣窗口邊上的 積分球內壁上(見圖1)，因此對于不同的被測樣品（如標準白板和紅色的待測板），采樣窗口 附近的積分球內壁上的光是不一樣的，進而探測器中所接受到的來自積分球內壁的雜散光 信號大小也不同，即Mo矣Μι矣M2,因此實際測得的P矣P#。
[0019]然而傳統定標中往往沒有考慮到來自球壁雜散光會因為放置樣品不同而不相等 的情況，簡單近似P=P樣的計算實際是不準確的，這種近似極大影響測量的準確性，不利于 人們對樣品表面特性的真實把握。 【
【發明內容】
】
[0020] 鑒于上述現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種高精度的材料光學特性 測量裝置，通過簡單合理的設計，消除掉在光學接收裝置中探測器所接收到的來自于積分 球球壁的反射光，進而提高測量的準確度和可信度，以方便人們準確把握材料的表面光學 特性。
[0021] 本發明通過以下技術方案實現:一種材料光學特性測量裝置，包括積分球、照明光 源、光學接收裝置，其特征在于:還包括消光部分，所述的積分球球壁上設有測量窗口，且在 測量窗口的出射光路上設有光學接收裝置，所述的積分球上還設有用于采集被測樣品信號 的采樣窗口，所述的消光部分位于被測樣品采樣區域的外圍。
[0022] 本發明在采樣窗口即被測樣品采樣區域的外圍創新性的引入消光部分的設計，極 大地降低的采樣區域以外的雜散光進入到光學接收裝置的比例，進而提高了材料表面光學 特性的測量準確度，對于準確認識和把握材料表面的真實光學特性有重要意義;此外，本發 明中的被測樣品采樣區域的外圍包括積分球內壁、積分球腔體內部以及被測樣品表面等位 置。相比于現有技術，本發明具有操作簡便、測試準確的優點。
[0023]本發明還可以通過以下技術方案進一步限定和完善：
[0024]作為一種技術方案，所述消光部分為具有低反射特性的材料或部件。消光部分顧 名思義具有低反射特性，本方案中的消光部分可以為具有低反射率的涂層、材料或者部件， 如黑色涂層、黑色絨布及表面涂有黑色涂層的環狀部件等;且為保證足夠的消光能力，規定 消光部分的反射率不得高于8%。
[0025]作為一種技術方案，所述消光部分設置在采樣窗口邊緣處的積分球內壁上。當消 光部分為涂層或者黑色絨布等材料時，將消光部分設置于采樣窗口邊緣處的積分球內壁 上，進而消除采樣窗口邊緣處的積分球內壁的反射光；同時為了保證照明條件的實現，積分 球內壁除了采樣窗口邊緣處的消光部分設計外全部涂以白色漫反射涂層。
[0026]作為一種技術方案，所述的消光部分為黑色涂層。黑色涂層可為黑色漫反射涂層 涂層，或黑色鏡面反射涂層等;并將黑色涂層成環狀均勻涂覆在采樣窗口邊緣處的積分球 內壁上。
[0027]作為一種技術方案，上述積分球中還包括支架，且所述消光部分通過支架加以固 定。當消光部分為表面具有低反射特性的消光部件時，通過在積分球內設置的支架將消光 部件固定在位于被測樣品采樣區域的外圍，防止采樣區域以外的反射光進入到光學接收裝 置，從而提高測試精度。
[0028] 作為一種技術方案，還包括目標罩，目標罩安裝在積分球上，并與積分球球體相吻 合，為可拆卸部件；目標罩上設有采樣窗口，且在采樣窗口邊緣處的目標罩內壁上設有消光 部分。所述目標罩為積分球球體的可拆卸部件，當安裝在積分球上時可與積分球球體相吻 合，并作為積分球球體的一部分；目標罩上設有對應于被測樣品采樣區域的采樣窗口，用來 采集被測樣品信號；在采樣窗口邊緣處的目標罩內壁上設有消光部分；目標罩內壁除消光 部分外全部為白色涂層。
[0029] 作為一種技術方案，所述消光部分設置在被測樣品上，位于采樣區域的邊緣。本方 案中積分球的內壁全部為白色涂層;消光部分設置在被測樣品上的采樣區域的邊緣處，在 測試時，被測樣品的采樣區域以及邊緣的消光部分同時放置在積分球的采樣窗口處，同樣 可消除被測區域周邊的雜散光進入到光學接收裝置中。
[0030] 作為一種技術方案，所述的采樣窗口是但不限于矩形，或圓形，或正方形。實際應 用中，采樣窗口形狀的設計可根據具體的應用需要進行設計，可以是矩形，圓形，或者正方 形或者其他多邊形。
[0031] 作為一種技術方案，所述照明光源位于積分球的內側;或者所述的照明光源位于 積分球的外部，并在積分球上設置將照明光源的光線引入球內的照明窗口。照明光源可根 據實際需要設置在積分球的內部和外部；當照明光源位于積分球外部時，要在積分球球壁 上設置將照明光源的光線引入積分球內部的照明窗口。
[0032] 作為上述方案的優選方案，還包括擋板，所述擋板位于積分球內部，設置于照明光 源與被測樣品之間；或者所述擋板位于積分球內部，設置于照明光源與照明窗口之間。當照 明光源位于積分球內部時，將擋板設置于照明光源與被測樣品之間；當照明光源外部時，將 擋板設置于照明光源與照明窗口之間；擋板的設置可以防止照明光源發出的光線直接照射 在被測樣品表面，從而保證材料光學特性測量中所需的漫射照明條件。
[0033] 作為一種技術方案，所述的光學接收裝置包括光學成像裝置和光學探測器。光學 成像裝置用來限定光學探測器所接受光線的區域的位置并接收來自該區域的反射光，并進 一步將光線傳輸至光學探測器進行測量;本方案中的光學探測器是但不限于光譜測量設備 或積分式光電探測器或者為三刺激值色度探測器。
[0034] 作為優選，上述技術方案中所述的光學探測器為光譜測量設備。光譜測量設備可 以用來測量被測樣品反射光的光譜功率分布數據，為分析樣品的光譜反射率以及顏色參數 等提供依據，并且零失配，測量精度高。
[0035] 綜上所述，本發明公開了一種材料光學特性測量裝置，通過在被測樣品測試區域 外圍進行消光部分的設計，有效降低了測試區域外圍的雜散光進入到光學接收裝置的比 例，提高測試準確度;此外，本發明操作起來非常簡便，在測試精度上卻能起到質的改善，有 事半功倍的效果，可推進整個行業的進步;該材料光學特性測量裝置可廣泛應用于各種材 料表面光學特性的測量中。 【【附圖說明】】
[0036] 附圖1是傳統材料光學測量裝置示意圖；
[0037] 附圖2是實施例1中本發明裝