一种分光测色仪的设计

　　1　引　言

　　测色仪器在航天、军事、地质、冶金、材料、医药等领域都有重要应用,随着社会的发展,测色仪器在人们生产、生活中的应用越来越广泛,对测色仪的快速、实时测量及便捷性的要求也越来越高。传统的分光测色仪是采用机械扫描结构,按一定波长间隔,逐个波长进行测量,结构复杂,测量速度慢,且波长重复性差,受光源的不稳定性等因素影响严重,不适合在线测量。CCD是70年代发展起来的半导体器件,它将入射于光敏元上的光能量转换为存储电极下深耗尽层中的信号电荷,并经过转移传送,在输出端形成按时间序列分布的电信号。新型测色仪用CCD作为探则器,一次可采集到整个可见光谱范围的信号,速度快,结构简单,再加上功能强大的软件系统,可使测色仪趋于智能化,能满足大量物体或光源的快速瞬态光谱测量。

　　本文介绍一种用2048元线阵CCD作探测器,软件系统用Visual Basic语言编制,具有良好用户界面,可实现各种色度参数的计算的快速测色仪。

　　2　测量原理

　　本系统采用比较法测量光谱反谢比,用标准白板作为参照标准,通过比较参照物和样品在同一波长上反射的单色辐射功率,从而测出样品的光谱辐量度因数,测色仪输出的基本数据是光谱反射比,其他数据可由此计算得到。

　　测色仪在每次开机时测量已知光谱反谢率的标准白板,另外还要测量黑标的反射率。设Rw(λ)为标准白板的光谱反射率,Vw(λ)为标准白板的光谱响应值;设R0(λ)为黑标的光谱反射率,V0(λ)为黑标的光谱响应值;设R(λ)为样品的光谱反射率,V(λ)为样品的光谱响应值。则被测样品的光谱反射率为:

　　算出被测样品的光谱反射率后,根据光源的光谱功率分布函数s(λ),可计算出样品的颜色刺激函数φ(λ),对于本系统所测量的非自发光体反射物体色,有

用CIE推荐的求和公式替代积分,可求出颜色的三刺激值X、Y、Z

　　其中为标准观察者的颜色匹配函数。

　　再根据(4)式可算出色品坐标:

　　根据色品坐标,软件系统可显示出所测样品颜色在CIE1931标准色度系统色品图或CIE1964补充标准色度系统色品图中的位置。

　　3　系统原理与组成

　　本系统采用的测量几何条件为d/0。溴钨灯和积分球组成照明系统,积分球漫射照明样品,样品反射的光从狭缝入射,经准直物镜反射后成为平行光束投射到光栅表面,光栅作为色散元件把接收到的复合光衍射分解为光谱。在空间上色散开的各波长的光束汇聚在成像物镜的焦平面上,形成一系列按波长排列的单色狭缝像投射在CCD探测器上。CCD探测器把接收到的光强信号转换为相应的电信号输出,电子处理单元完成CCD驱动,电信号放大,A/D转换等功能。计算机控制电子处理单元实时采集数据,并对采集到的数据进行计算、处理和输出分析结果。系统原理图如图1所示。