[发明专利]双光源兼容SCI/SCE测试条件的测色仪及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及颜色测量仪器技术领域，尤其涉及一种基于双光源兼容SCI/SCE测试条件的测色仪及其实现方法。

背景技术

CIE(国际照明委员会International Commission on Illumination)在1971年推荐了四种用于反射样品测量的标准照明与观察几何条件：垂直/45(0/45)，45/垂直(45/0)，垂直/漫射(0/d)，漫射/垂直(d/0)。为了便于讨论，可以将各种不同的照明与观察条件减少成三种最普通的几何条件：漫射照明、8度观察角、包含镜面反射成分(d/8:i)；漫射照明、8度观察角、消除镜面成分(d/8:e)；和45°环形照明、垂直观察(45/0:c)。由于在d/8:i条件下对材料表面颜色进行测量时测量结果与材料表面光泽无关，所以在油漆、塑胶、配色等领域中都采用d/8:i测量条件。但是，对产品进行质检时经常会遇到与目视效果进行颜色比对的情况，所以也会使用d/8:e测量条件。在颜色测量仪器的设计中通常采用d/8:i和d/8:e兼容的结构设计，便于测试两种情况下的颜色数据。现有的技术手段是在积分球内壁上设置光阱来去除镜面反射光。但是，光阱的结构会影响积分球内部的混光效果，在SCI测量条件下会导致测量数据受到材料表面光泽的影响。另外，由于CIE没有规定积分球的尺寸和光泽陷阱的尺寸，导致在SCE测量条件下，不同结构的仪器在测量表面光泽不同的样品时会产生较大的器间差。

CIE推荐的d/8:i测量结构，如图1a所示。在这种测量条件下，光源发出的光首先入射到积分球内壁上，通过积分球的混光后对样品进行漫射照明，观察角度与材料表面法线方向成8°角。在d/8:i结构中，进入传感器的光强，可以用式(1)来表示。

R_measure(λ，g)＝R_intrinsic(λ)+r(g)   (1)

式(1)中，R_measure(λ，g)为人眼或传感器接收的光信号，与材料表面反射光谱和材料表面光泽相关。R_intrinsic(λ)为涂料层反射光线，与材料表面反射光谱相关。r(g)为由表面光泽引起的表面反射光信号，只与光源光谱相关。进入传感器的光信号，包括一部分在材料表面发生的镜面反射光r(g)和一部分包含材料表面光谱信息的R_intrinsic(λ)。

在SCE测试条件的设计中，CIE给出了如图2b所示的推荐的方案。通过在对称的观察位置设置光泽陷阱来去除材料表面的镜面反射光。现有仪器中的的SCE/SCI兼容设计，通常在积分球内壁设置光阱为仪器提供SCE测量条件。为了使仪器同时可以提供SCI测量条件，用步进电机控制拨片，使拨片填补积分球内壁或打开光阱。如图2a和2b所示，在积分球壁上设置一个开孔，大小和光阱大小一致，在光阱处设置一个拨片，由步进电机控制。拨片上涂覆与积分球内壁相同的白色漫反射涂料。积分球下部开测试孔，对样品表面进行测量。当步进电机控制拨片打开时，如图2a所示，此时的测量条件是有光阱的SCE测量条件。当步进电机控制拨片关闭，堵住积分球开孔时，如图2b所示，此时的测量条件可认为积分球是完整的、无光阱的SCI测量条件。每次测量时，通过打开和闭合拨片来分别测量样品在SCI和SCE条件下的数据。

这种结构的设计存在着很多问题。首先，对积分球壁进行开孔，使得在进行SCE测量时，一部分光线从光阱处射出，导致传感器信号的强度减小，信噪比降低。其次，在仪器外壳整体密闭不严的情况下，容易引入外界光线至积分球内部影响测量。另外，SCI和SCE测量的切换是靠步进电机切换的，增加了仪器的机械部分，不利用增强仪器的可靠性。在如图2b所示的结构下，若开口面积过大，不利于在材料表面实现漫射照明。在拨片填补积分球开口后，由于拨片位置和积分球内壁存在一定的高度差，导致积分球内壁反射面不是严格的球型，不利于在SCI测量条件下为材料表面提供理想的漫射照明条件，导致测试结果受到材料表面纹理的影响。如图3所示，是采用图2所示拨片切换SCI/SCE测量条件的仪器在SCI条件下分别对两组同色不同光泽的材料表面进行测量的测量结果。在理想情况下，SCI条件下的测量结果不应受到材料表面光泽的影响，即对同色不同光泽的材料表面测量时，测量结果应一致。但是，图3所示的测量结果表明，在该结构下，测量不同光泽的同色材料表面会对测试结果带来较大的影响。