本發明涉及光學測量裝置，具體涉及一種清晰度測量裝置。

背景技術：

半透明以及透明產品應用十分廣泛，相關產品包括玻璃、塑料薄膜、塑料瓶等。不同的應用需求對產品的光學性能要求不同；如用來包裝產品所采用的透明薄膜需要良好的透明度，以便清晰地辨認包裝內的物品。目前業內一般采用透光率、清晰度(Clarity)或透明度、霧度(Haze)等參數來評價半透明或透明物品的光學性能。清晰度越高、霧度越小，說明物品的透明度越好。因此，實現半透明以及透明產品霧度和清晰度等參數的準確測量對于研究以及市場應用都具有重要意義。

霧度，根據GB/T 2410，定義為透過被測樣品而偏離入射光光軸2.5°以外的散射光通量與透射總光通量之比。清晰度(透明度)用于評價被測樣品的透光性，根據標準ASTM D1746規定，在清晰度測量中測量所用光源相對于被測樣品平面的對邊角必須在0.025±0.005°以內；同時，在接收端探測器的接收面相對于被測樣品平面的對邊角要限制在0.1±0.025°以內，清晰度被定義為樣品在上述幾何條件下測量的規則透光率。為了實現如此小的對邊角，現有技術中，一般通過長距離來實現，因而，此類測量設備體積一般非常大，運輸不便，也無法進行在線測量。為此，BYK公開專利號為US8749791B2的透明材料光學參數測量裝置，該方案中對清晰度的測量是通過設置中心探測器和環形探測器來分別測量直接透過樣品的透射光以及偏離入射光光軸方向2.5°以內的散射光，并通過對比分析中心和環形探測器的讀數來實現清晰度的評價。該發明裝置雖然為清晰度的測量提供了一種解決方案，但是該方案不能完整的反映整個2.5°以內的散射光分布信息，而且很難實現標準要求的清晰度測量條件，以被測樣品到探測器的距離為50cm為例，測量規則透射的中心探測器受光面尺寸應在0.87mm以內，而環形探測器的外徑需在21.8mm以內，現有單通道探測器技術幾乎不能達到該要求；更重要的是，由于清晰度測量中收集測量的光束角度很小，對于光束對準的要求也非常高；如果機械振動或者光路調校不夠，極小的對準偏差也會對最終的測量結果產生影響。而且對于散射性能與標準樣不同的被測樣品，該方法測量誤差將會非常大，進而影響對樣品清晰度的評價和比較。此外，在傳統的清晰度以及樣品散透射測量中，一般需要切換接收光闌的位置或者轉動接收器來實現分布測量，相對測量時間較長、效率不高，同時接收器的轉動精度對測量結果的準確度也有著極大的影響。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種符合標準幾何條件、體積緊湊的清晰度測量裝置，既確保入射光源相對樣品表面對邊角，以及探測器接收面相對樣品表面對邊角在標準要求范圍內，以測量被測樣品的規則透光率，同時又可以精確測量被測樣品特定角度范圍內的透射光分布，不僅實現清晰度的準確評價，而且透射光分布信息還可以用于被測樣品的其他光學性能研究。

本發明通過以下技術方案實現：一種清晰度測量裝置，其特征在于：包括第一光源系統，成像系統和第一探測器，所述的成像系統位于第一光源系統和第一探測器之間的測量光路上，并且成像系統將第一光源系統的發光光源或出光口成像至第一探測器的探測面上；被測樣品設置于成像系統與第一探測器之間、或者成像系統的成像元件之間的測量光路上；所述的第一探測器為陣列探測器，且陣列探測器的探測單元成一維線型陣列排列或二維面陣排列。

被測樣品設置于成像系統和陣列探測器之間的測量光路上，此時，第一光源系統的發光光源或出光口在陣列探測器探測面上的像相對被測樣品表面的張角即為光源相對被測樣品的張角，通過調整陣列探測器與被測樣品之間的距離，可實現光源入射對邊角的準確控制。陣列探測器為CCD或者二極管陣列，其單個像素的尺寸都能夠達到微米級，并且多個像素的測量值能夠相互累計計算(也成為宏模式)，因此陣列探測面相對被測樣品的對邊角可通過陣列探測器微小的像素單元實現小角度控制，且不需要過長的距離，同時對散射光的分布測量也非常精細。更重要的是，即使測量光束的光路對準精度不高，通過陣列探測器上的相對光分布信息也能夠精確計算得到被測樣品的清晰度。

與傳統清晰度測量方案相比，本發明創新性的采用陣列探測器作為清晰度測量的探測元件，一次測量，不僅實現標準規定的規則透射光的準確測量，而且對整個陣列探測器探測面所在接收角度范圍內的小角度散射光進行了完整的測量，因而在獲得標準規定的清晰度同時，對于標準規定以外的樣品光學散射性能也給出了具體數據，對被測樣品光學散射性能的研究和應用具有十分重要的意義，并且測量結果更客觀、準確，也使得光學性能不同的被測樣品之間的清晰度比較具有更加實際的指導意義。

本發明可以通過以下技術措施進一步加以限定和完善：

作為一種技術方案，所述的第一光源系統和第一探測器分別設置在成像系統的物面和像面上，形成光學共軛關系。

作為一種技術方案，所述的第一光源系統為光源與出光口的組合，且所述的出光口是但不限于針孔或狹縫；或者所述的第一光源系統為激光。第一光源系統是為清晰度測量提供照 明條件，為了實現清晰度測量中入射光源小對邊角的設置，第一光源系統可以為光源與針孔或者光源與狹縫的組合，通過尺寸極小的針孔或狹縫，可以產生所需的點光源或者線度極小的光源；此外，由于激光具有發散角小的優點也可以作為第一光源系統。

作為一種技術方案，所述的第一探測器的探測面與測量光束的光軸垂直面相傾斜，傾角為1°～15°之間的一個角度。本發明中為了防止第一探測器器對被測樣品的規則透射光進一步反射到被測樣品上從而造成清晰度測量的不準確性，將第一探測器與測量光束的光軸成1～15°傾斜設置。測量光束是指從第一光源系統發出、最終到達第一探測器的光束。

作為一種技術方案，所述的成像系統由一個或者一個以上的成像元件組成。作為優選，成像系統由前置透鏡和后置透鏡組成；成像系統由兩個透鏡組合而成，通過兩個透鏡綜合作用最終將第一光源系統的發光光源或者出光口成像至陣列探測器的探測面處，而這種透鏡組合的方式有助于減小測量系統的尺寸。

作為一種技術方案，還包括分光器和用于監測光源穩定性的參考探測器，所述第一光源系統的發射光束經分光器分光形成參考光束和測量光束，所述參考光束由參考探測器直接接收和測量，而所述測量光束則進入被測樣品的測量光路中。通過分光器的分光作用，可以將第一光源系統的發射光束分成測量光束和參考光束，并通過參考探測器對參考光束測量來監測第一光源系統發光的穩定性；而測量光束則在透過被測樣品后由陣列探測器接收測量。本方案中，分光器可以為部分透射部分反射的反射鏡或棱鏡、光纖或者混光器等。作為優選，所述的參考探測器為硅光電池。

作為一種技術方案，還包括用于被測樣品散射光測量的積分球和第二探測器；所述積分球沿測量光束的光軸方向設置在成像系統和第一探測器之間，且所述積分球上設有入射窗口、第一測量窗口和第二測量窗口，其中入射窗口和第一測量窗口位于光軸上，且第一探測器設置在第一測量窗口的出射光路上用來接收第一測量窗口的出射光；第二測量窗口設置于測量光束光軸以外的積分球球壁上，且第二探測器設置于第二測量窗口的出射光路上，用來實現積分球內漫射光的測量，進而可分析計算得到被測樣品的霧度信息。

上述方案中的第一探測器設置在積分球第一測量窗口的出射光路上，由第一光源系統發出的光線經過成像系統和待測樣品后通過積分球的入射窗口進入積分球內部，并通過積分球的第一測量窗口最終成像至第一探測器的探測面上。被測樣品可放置于成像系統與積分球入射窗口之間的位置，第一探測器可實現待測樣品清晰度以及探測面內的小角度散射光分布測量。而在積分球光軸以外的球壁上開設第二測量窗口，并在第二測量窗口的出射光路上設置第二探測器，被測樣品緊貼積分球入射窗口時，積分球收集了被測樣品半球面內、除第一測 量窗口出射光以外的大角度散射光，并由第二探測器接收和測量。作為優選，本方案中的第二探測器為硅光電池。

作為上述技術方案的優選，還包括一個可與第一探測器相切換的陷阱探測器。根據標準要求，霧度測量中需要測量入射光光軸2.5°以外的被測樣品散射光以及被測樣品所有透射光，為了實現該測量，本方案中加入一個陷阱探測器，并可通過切換裝置與第一探測器進行切換；在進行霧度測量時，將陷阱探測器切入積分球第一測量窗口位置，此時，陷阱探測器測量得到入射光光軸2.5°以內的散射光，由第二探測器測量得到入射光光軸2.5°以外的散射光，進而分析和計算，得到被測樣品的霧度值；

作為上述方案的另一個方案，所述的積分球還包括白板，切換裝置和光陷阱，且根據實際測試需要所述的白板或光陷阱由切換裝置切入到第一測量窗口位置或從第一測量窗口位置切出。當將白板切入到第一測量窗口時，可以由第二測量窗口處的第二探測器測得積分球內經被測樣品的總透射光，當將光陷阱切入第一測量窗口時，第二探測器測得入射光光軸2.5°以外的散射光；本方案中，所述第一探測器與光陷阱可以獨立設置，也可以將第一探測器設置于光陷阱內部。所述的光陷阱可以吸收掉入射到光陷阱處的所有光線，可以為內壁涂黑的黑盒子，或者為黑色絨布等。作為優選，本方案中的光陷阱為內壁涂黑的黑盒子。作為優選，第一探測器位于光陷阱中，通過切換裝置切入第一測量窗口，實現清晰度的測量，通過切換裝置切出第一測量窗口，實現霧度測量。

作為一種技術方案，還包括專用于被測樣品霧度測量的第二光源系統。本方案中設置了專門用于霧度測量的第二光源系統，所述第二光源系統可以是光源與透鏡或光闌的組合，也可以是單獨的光源。

作為上述方案的一種實施方法，所述的第一光源系統和第二光源系統可由獨立的驅動裝置進行開關切換，也可由同一驅動裝置來控制兩者的切換；第一光源系統與第二光源系統具有相似的光學特性，比如類似的光譜特性等。所述第一光源系統和第二光源系統發出的光由分光器進行分光后，分別形成對應的測量光束，并通過分光器控制，使對應的測量光束分別透過被測樣品后進入積分球內部，并由第一探測器和第二探測器分別接收，進而測量被測樣品的清晰度以及霧度。

作為一種技術方案，還包括第三光源，第三光源設置于積分球球壁上。在測量霧度時，被測樣品需緊貼積分球的入射窗口，被測樣品的透射光進入積分球后，在被測樣品面向積分球的表面會發生反射，且反射光與透射光一起被第二探測器接收。因此，在第一光源系統和第二光源系統處于關閉的情況下，開啟第三光源，積分球入射窗口不放被測樣品和放置被測 樣品的情況下，獲得第二探測器讀數，從而修正被測樣品表面反射對測量的影響，提高積分球效率。

【附圖說明】

附圖1為實施例1中本發明裝置示意圖

附圖2為實施例2中本發明裝置示意圖

附圖3為實施例3中本發明裝置示意圖

附圖4為實施例3中清晰度測量光路示意圖

附圖5為實施例3中霧度測量光路示意圖

1—第一光源系統；2—成像系統，2-1—前置透鏡；2-2—后置透鏡，3—第一探測器；4—分光器；5—參考探測器；6—積分球；6-1—入射窗口；6-2—第一測量窗口；6-3—第二測量窗口；7—第二探測器；8—第二光源系統。

【具體實施方式】

實施例1

如圖1所示，本實施例公開一種清晰度測量裝置，包括第一光源系統1，成像系統2，第一探測器3，分光器4和參考探測器5，其中所述的第一光源系統1為鹵鎢燈和針孔的組合；所述的成像系統2由前置透鏡2-1和后置透鏡2-2組成，被測樣品放置于成像系統2和第一探測器3之間，其中第一探測器3的探測面與測量光束光軸的垂直面的成2°傾斜角設置；所述分光器4設置于前置透鏡2-1和后置透鏡2-1之間，且第一光源系統1發出的光首先通過前置透鏡2-1到達分光器4處，并經過分光器4分光形成測量光束和參考光束，其中測量光束經過后置透鏡2-2和被測樣品后最終到達第一探測器3的探測面上，同時成像系統2以及第一探測器3的設置使得第一光源系統1的出光口針孔成像至探測面上；而所述參考光束則直接入射參考探測器5，實現第一光源系統1穩定性的監測。本方案中所述的第一探測器3為陣列探測器，分光器4為部分透射部分反射的反射鏡，參考探測器5為硅光電池。

清晰度測量方法：第一光源系統的出光口針孔通過成像系統成像至陣列探測器的探測面上，由陣列探測器的中心像素點測量得到被測樣品的規則透射光，陣列探測器的周圍像素點實現被測樣品散射光的測量，且本實施例中的陣列探測器的像素尺寸為微米級，可以保證被測樣品規則透射光的接收角β滿足標準要求，得到標準要求的清晰度或透明度數據。

實施例2

如圖2所示，本實施例公開一種清晰度測量裝置，本實施例的清晰度測量裝置基本一致， 唯一不同的是在清晰度的測量中被測樣品放置在成像系統2內部；基本光路為：由第一光源系統1發出的光經過成像系統2的前置透鏡2-1和分光器4后，進而依次透過被測樣品和后置透鏡2-2最終成像至第一探測器3處被接收測量。

清晰度測量方法與實施例1不同的是：過對規則透射光和周圍散射光的比例進行分析進而得到被測樣品的清晰度，具體的分析方法為：

通過公式來評價被測樣品的清晰度好壞，C值越大，清晰度越好；C值越小，清晰度越差；其中，C為清晰度；Ir為陣列探測器測得的規則透射光光度值；Is為陣列探測器測探測面內散射光的最大光度值。

實施例3

如圖3，4，5所示，本實施例公開了一種清晰度測量裝置，該裝置可以綜合實現被測樣品清晰度和霧度的測量；包括第一光源系統1，成像系統2，第一探測器3，分光器4，參考探測器5，積分球6，第二探測器7，第二光源系統8和與第一探測器3相切換的陷阱探測器；其中所述的第一光源系統1為白光LED與狹縫的組合，所述的成像系統2由前置透鏡2-1和后置透鏡2-2組成；分光器4設置于前置透鏡2-1和后置透鏡2-2之間，且第一光源系統1(或第二光源系統8)發出的光首先通過前置透鏡2-1到達分光器4處，并經過分光器4分光形成相應的測量光束和參考光束，此處所述的分光器4為部分透射部分反射的反射鏡；所述的積分球6沿光軸設置，且在積分球6在測量光束的光軸上開有入射窗口6-1和第一測量窗口6-2，第一測量窗口6-2對應于第一探測器3，第一探測器3接收來自第一測量窗口6-2的出射光并進行測量；且在積分球6測量光束光軸以外的球壁還設有第二測量窗口6-3，并且在第二測量窗口6-3的出射光路中設有第二探測器7。本方案中，第二光源系統8為鹵鎢燈與透鏡的組合，所述的第一探測器3為陣列探測器，參考探測器5為硅光電池；第二探測器7為硅光電池；以下就清晰度和霧度測量的光路和方法分別給予介紹：

清晰度測量光路以及方法：

在清晰度測量中，首先將被測樣品放置在后置透鏡2-2與積分球6之間光路中；開啟第一光源系統1的光源，其發出的光經過狹縫后進而進入前置透鏡2-1中，經過前置透鏡2-1作用的光線到達分光器4處，由分光器4分光形成的參考光束到達參考探測器5中進而實現第一光源系統1的監測，而由分光器4分光形成的測量光束則經過后置透鏡2-2后經過被測樣品并從積分球6的入射窗口6-1進入到積分球6中，并通過積分球6的第一測量窗口6-2最 終成像至第一探測器3的探測面上被接收和測量；具體的清晰度測量方法與實施例1類似。

霧度測量光路以及方法：

首先將被測樣品緊貼積分球6的入射窗口6-1放置，開啟第二光源系統8，其發出的光線經過分光器4分光后形成的參考光束直接到達參考探測器5中進而實現第二光源系統8穩定性的監測，而經過分光器4分光后形成的測量光束則經后置透鏡2-2后透過被測樣品后進入積分球6內部并充分混光后由設置在積分球6第二測量窗口6-3出射光路上的第二探測器7所測量，此處的第二探測器7為硅光電池。將陷阱探測器切入第一測量窗口6-2，陷阱探測器測量獲得光軸2.5°以內的直透光，第二探測器7測量獲得光軸2.5°以外的散射光，綜合分析陷阱測器和第二探測器7的測試結果，根據GB/T 2410中霧度測量公式haze＝T_d/T_t×100計算被測樣品的霧度，其中Td為偏離入射光軸2.5°以外的散射光；Tt為被測樣品總透射光。

以上結合附圖對本發明的具體實施方式作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發明的范圍，本發明的保護范圍是由隨附的權利要求書還限定，任何在本發明權利要求基礎上的改動都是本發明的保護范圍。