高精度色度计的研制

　　一、C-2001型色度计测色原理

　　一般色度计的探测器是用三个经滤色片光电转换器件构成,其光谱灵敏度模拟CIE标准色度观察者的三刺激值曲线见图1。由于xb(λ)和z(λ)的曲线很相似,许多色度计中只需分别修正成xr(λ),y(λ),z(λ)。测量时通过测出各组探测器输出的光电流值(Rr, G,B),按公式(1)得出三刺激值(X, Y,Z),进而计算出待测色的色坐标x,y。

　　如果探测器经过修正后的光谱灵敏度精确地符合光谱三刺激值曲线xr(λ), y(λ), z(λ),用任一已知光谱功率分布或色坐标的光源即可定出Kr和Kb。但实际上,使探测器的相对光谱灵敏度完全符合三刺激值的理论曲线是不可能的,因而转换系数Kr和Kb对不同色源不尽相同,它们随色源的相对光谱功率分布而改变。测出与待测色源对应的修正系数是精确测量色度的基础。

　　C-2001型色度计采用的三组独立传感器都经过精细的光谱匹配,其光谱响应非常接近标准光谱三刺激值曲线见图1。定标时选取在色度图上均匀分布的5个点对应的颜色作为色源(见表1),调整三通道的输出电流,使得对标准A光源定标时修正系数均为1,标出其它各色对应的修正系数Kr,Kb。

　　将五组系数存储在中央处理器中,在实际测量时仪器根据待测色自动选用与其最接近的修正系数按公式

　　(1)及公式(2)计算色坐标。

　　这种色度计制作和定标较为复杂,但测量结果较一般选用固定校正系数的色度计精确,用户使用也非常方便。

　　二、C-2001型色度计工作原理

　　图2是C2001型色度计的原理框图,其中包括探头前置放大器、程控模拟开关、程控放大器、A/D转换器、中央处理器、数据存储器、键盘、显示模块、串行接口电路、电源等部分。

　　探头内的光电转换器件采用线性好、灵敏度高、噪声低的硅光电池,三个光电池分别配有一组滤光片,一起封装在一个金属壳中,彼此严格屏蔽。用四运算放大器LF444中的三个作为电流放大器,将探头输出的三组电流信号放大,并转换成电压信号,汇同用于电池检查的一路电压信号接入模拟开关,程控模拟开关每次选择一路电压信号进入程控放大器。程控放大器有4级,级差为10倍,用十进制3 1/2位A/D时,使得该仪器光度测量范围达7个量级。A/D转换器MC14433轮流输出各位的位选信号和该位的8421码,中央处理器采集此数字信号并进行转换,按修正系数等于1按公式(1)和公式(2)初步计算出色坐标。

　　通过比较找出与待测色最接近的标准色的修正系数,计算出被测色源的色坐标x,y。在LCD屏上显示出来。为便于用户在测量偏色,或长期使用后校准,仪器设置了二次修正功能。仪器内数据存储器存储了3个修正系数Cx,Cy,Cl,每次测量时都要按公式(3)最终计算出色坐标xc、yc和光度值。