一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，包括待测材料(1)、半积分球(2)、外部入射光源(3)、陷光器(4)、传光光纤束(5)、成像光锥(6)、滤光片盘(7)、CCD相机(8)、计算机(9)、高吸收黑色涂层(10)。半球面内表面涂覆高吸收涂层，半积分球的半球面上根据有规律的角度分布设置了小圆孔，并由特殊编码的光纤束来传递材料表面各个角度的反射光信号，最后通过光锥把光信号耦合进入CCD相机的光敏面上，由计算机输出反射光的光强、颜色和角度分布。
【专利说明】一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪
【技术领域】
[0001]本发明属于光学测量【技术领域】，特别涉及一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪。
【背景技术】
[0002]测量材料空间的反射特性，在新型光学材料开发、精密光学测量仪器、建筑饰面材料以及材料表面性能分析等应用领域具有重要的意义。可用于材料表面粗糙度测量，分离漫反射和镜面反射成分，发掘光学性能更好的新型材料；用于建筑常用饰面材料的表面亮度、光泽度、反射系数研究，使城市夜景能够既高效又节能；更可用于太阳能集热器材料、轨道卫星表面常用材料等的放置角度、结构的改进；总之，弄清目标材料对光反射的特性是非常重要的。
[0003]然而，对于材料空间反射特性的测量，传统的方法是采用各种专门设计的测量仪器和系统，比如:角度光度计、角度分光光度计，他们通过双轴角度计，每间隔10° (少数以5° )为测点，旋转被测材料和入射光源，来测量特定角度下的光度，进而获得光度参数的角度分布特性。这些方法在空间角度分布特性的测量上由于普遍采用了旋转双轴设计，因此导致测量时间长(常需要几分钟甚至30分钟以上)、角度分辨率低、系统结构复杂、测量成本高、精确度低等缺点。而且这些装置都只能测量光强的分布特性，而不能测某一方向的颜色分布特性以及光强与波长的关系。
【发明内容】
[0004]本发明为了弥补上述现有技术的不足，提供了一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，包括:待测材料(I)、半积分球(2)、第一圆孔(21)、第二圆孔(22)、第三圆孔(23)、外部入射光源(3)、陷光器(4)、传光光纤束(5)、成像光锥(6)、滤光片盘(7)、用于光电转换测量的CCD相机(8)、计算机(9)、高吸收黑色涂层(10)。
[0006]第一圆孔(21)设置于半积分球内底面中心，圆孔可以通过盖子打开或者关闭，用于放置待测材料(I);第二圆孔(22)设置在半积分球的半球面上偏离圆顶中心30°?60°位置，与其关于原点对称的位置设置着第三圆孔(23);外部入射光源(3)设置在半积分球的半球面上，并通过第二圆孔给待测材料提供光照；陷光器(4)设置在半积分球球面上与外部入射光源对称的位置；传光光纤束(5)按球面上每隔5°接一根光纤的排列方式全部设置在半积分球的外球面上；成像光锥(6)与特殊编码后的光纤束直接连接，负责把各个角度的光强分布精确的传输到CCD相机上；滤光片盘(7)设置在成像光锥和CCD相机
(8)之间；CCD相机(8)直接与计算机(9)连接，负责把光纤束内的光信号转变为电信号并传给计算机；高吸收黑色涂层(10)涂覆在半积分球半球面和底面的内表面。
[0007]进一步的,所述半积分球(2)的直径尺寸为500?100mm ;且半积分球的半球面上每隔5°都设置了直径为1mm的小圆孔，一共是35X35 = 1125个，这些小圆孔是用来连接传光光纤束的。
[0008]进一步的，所述陷光器(4)通过第三圆孔设置在与入射光源对称的位置，圆孔可通过盖子打开或者关闭，其功能是用来吸收外部入射光源照在材料表面后的直接反射光。
[0009]进一步的，所述传光光纤束(5)是由1125根光纤有规律的排列并捆绑而成。由于光纤束是根据角度分布而进行特殊编号排列的，各个角度的光纤按规律捆绑成光纤束时会有比较大的弯曲，因而这里所用的光纤为弯曲性能较好的普通光纤、塑料光纤等。
[0010]进一步的，所述传光光纤束(5)的功能是把各个小圆孔射出的光耦合进光纤里面并传输给CCD。若是直接耦合的话，损失会比较大，耦合率只有20%~30%，为了提高耦合效率，光纤束(5)中每根光纤的前端进行光纤微透镜处理，把端面做成微型、锥形、楔形、斜面、球面等一些特殊形状，这样能使耦合过程结构紧凑、操作方便、性能可靠，更重要的是可以将耦合效率提高到80%~90%。
[0011 ] 进一步的，所述传光光纤束(5)内的光纤，按照半积分球表面小圆孔的角度分布，对其进行特殊的编码如图2，得到光纤束(5)排列成矩阵A的形式，其中
【权利要求】
1.一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，其特征在于，由待测材料(1)、半积分球(2)、外部入射光源(3)、陷光器(4)、传光光纤束(5)、成像光锥(6)、滤光片盘(7)、CCD相机(8)、计算机(9)、高吸收黑色涂层(10)十部分组成。 外部入射光源(3)发出的光照在待测材料(1)表面上，材料会向半积分球内各个方向发射出强度不等的光，通过半积分球球面上有规律分布的小圆孔而穿出半积分球，再依次通过传光光纤束(5)、成像光锥(6)和滤光片盘(7)后被CCD相机(8)所探测，最后这些光信号通过计算机(7)处理，从而获得材料表面的反射特性。
2.根据权利要求1所述一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，其特征在于:半积分球(2)的半球面上每相隔5°便会设置一个小圆孔，一共是35X35 = 1125个小圆孔。
3.根据权利要求1所述一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，其特征在于:半积分球(2)的半球面和底面内部都涂覆了吸收系数为96%~99%的黑色消光涂料涂层。
4.根据权利要求1所述一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，其特征在于:光纤束(5)中1125根光纤的端面上都做了微透镜处理，处理后的端面形状包括且并不限于微型、锥形、楔形、斜面、球面等。处理后的耦合效率可以高达80 %~90 %。
5.根据权利要求1所述一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，其特征在于:光纤束(5)中所用的光纤为弯曲性能非常好的塑料光纤。
6.根据权利要求1所述一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，其特征在于:如附图2所示，光纤束(5)中的光纤按照有规律的角度分布，进行了特殊的编码，编码后的形式类似于一个35X35的矩阵
7.根据权利要求1所述一种利用光纤束的材料空间反射特性测量仪，其特征在于:运用了大数值孔径和高填充率的成像光锥(6)来实现光纤束(5)中的光信号到CCD相机(8)上光敏面的耦合。
【文档编号】G01N21/17GK104034663SQ201310073220
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2013年3月7日
【发明者】金尚忠, 杨初, 曾珊珊, 鲁玉红, 邵茂丰, 郑健 申请人:中国计量学院