快速光谱光度计的研制

　　一、引言

　　随着颜色工业的发展，对物体表面色的测量越来越受到重视，技术要求也日趋提高。颜色的测量通常有分光式和光电积分式两类方法，其中光电积分法精度较低，而分光测色即光谱光度探测方法一般分为光谱扫描和同时探测全波段光谱两种。为了同时探测全波段光谱能量分布，可采用多光路探测技术和多通道探测技术。但是，多光路的同时性只在红外波段实现，在可见区只能部分实现。所以，为了探测可见光，通常采用并行探测法即多通道技术，而自扫描光电二极管阵列(SPD)是快速光谱光度计的最合适的多通道光电探测器。

　　与常规的单色仪扫描方式光谱光度计相比，本系统不仅具有快速、高效和精确的特点，还明显降低了对测量对象和照明光源的时间稳定性要求，并且应用快速存取(对不含有关信息的通道快速跳过)和分组处理(通过将相邻通道相加可进一步改善时间分辨)技术，在时间分辨和光谱分辨两者之间实现了有益的兼顾。经过精密的波长定标和光谱反射比定标，使系统具有色度和光度计量基准，在专用PC计算机的协调与控制下，结合高速光电信号处理电路和软件功能，实现了物体表面色的多通道快速高精度光谱光度测量，并可根据色度学原理给出样品色的各种有关色度参数。

　　二、光谱光度测最原理

　　对物体色进行光谱光度计量，除了给出直接获得的被测对象的光谱反射比分布之外，还需评价该样品颜色的色度指标，如三刺激值和色品坐标等。这些色度参数必须根据国际照明委员会(CIE)的标准来确定，其三刺激值X、Y、z的计算公式为:

　　三、总体方案

　　采用SPD进行光电探测的快速光谱光度计的总体结构如图所示。系统主要由积分球、脉冲光源、多色仪、探侧器阵列SPD及其驱动器、主信号和参考信号放大器及采保与A/D转换器、适配接口、专用PC计算机及其外部设备等组成。在d/8o几何条件的反射测量方式下，脉冲照明光源经D65滤色片修正后照射积分球内壁，混光后再漫反射照明被测样品，由辆合透镜将待测样品的反射光谱信息通过人射狭缝传输到平场凹面光栅而被色散(这部分构成多色仪子系统)，在其象面处的光电探测器SPD接收平场光谱。脉冲光源的闪光能量、时间和次数可由计算机软件控制和调整，以充分利用多通道光谱传感器SPD的灵敏度和线性范围及满足测色的各种需要，并由参考通道检测光脉冲的峰值以修正光源的波动。SPD的驱动器的主时钟(MASTERCIJOCK)和主起动脉冲(MASTERSTART)均由计算机通过时序控制模块来发生和调节。SPD各通道上的主信号和参考通道上的照明光脉冲峰值信号经高速放大和切换后共享16位高速带采保的A/D转换器，最后由专用PC计算机结合软件功能进行数据处理，并给出被测样品的光谱反射比和三刺激值、色品坐标等色度参数。