全自动测色仪光学系统改进方法研究

　　颜色科学是在上世纪发展起来的综合性科学，是研究人类的视觉规律、视觉心理颜色的光学作用及测量技术的科学。在颜色科学发展的初期，目视法是主要的测色手段，但是这种方法因为受到照明条件、背景亮度、材料光泽、纹理、大小形状及测色人员视觉和心理上的差异等方面因素的影响，缺乏准确性;随着科学技术的发展，人类制造工具的能力也不断提高，各种测色仪器也应运而生。

　　在现有的光电积分式测色仪中，采集光信号的测头均采用单积分球结构，在测量的时候，需要调零、调白、测量一步一步手动完成，操作繁琐，而且有一定的时间延迟，影响测量的准确性。此外，模拟电路与数字电路间的相互干扰也影响到测量的稳定性。本系统在原有光电式测色仪的基础上针对以上问题进行了改造。

　　1 光电式测色仪的组成和基本原理

　　光电式测色仪的硬件系统从宏观上来说，由光源系统、探测系统和数据处理系统3大模块组成。光源系统采用寿命长的卤钨灯，其符合D65光源;探测系统由硅光电池和模拟人眼色觉特性的滤色器组成;数据处理系统包括对所采集信号进行A/D(模数)转换、信号放大、软硬件滤波及MCU(micro controller unit)运算和显示打印等输出。其中光电积分式测色仪的测头由光源系统及探测系统组成，即光电积分式测色仪的测头由卤钨灯、滤色器、硅光电池、隔热玻璃、凸透镜、积分球等组成。测色仪测量范围为380~780nm的可见光。

　　2 测色仪测头的改进

　　从具体结构上，光电式测色仪主要由探测测头与主机组成。探测测头内部集中了光电式测色仪器中应用的所有光学器件，不仅包括光源、光路系统，积分球，用于光电转换的受光器组成的光电探测器也被分散安置在积分球壁上。

　　2.1 光路系统

　　测色仪的光路系统主要包括3部分：光源、光路和光信号处理。钨灯光源发出的光，经过隔热玻璃滤掉紫外线和红外线，再经透镜折射出平行光，平行光通过导光筒照射到样品反射后进入积分球，经过积分球的漫反射光通过侧壁上滤色器进入硅光电池进行光电转换。

　　2.2 测头结构

　　本系统中，测头中使用双积分球，上下结构，可以自动完成调零、调白功能。

　　图1所示，以光源为中心上下对称，依次是隔热玻璃、胶合透镜、导光筒、积分球。光源必须置于胶合透镜的焦点上，才能保证被测样品反馈回来的光信息不包含其它杂光。积分球是一个中空的球腔，球腔上开有入孔、出光孔和若干取样孔，腔壁喷涂具有漫反射性质的涂层。