光电色度计校正滤色器的一种设计方法

　　1　引　言

　　最古老的颜色测量方法是目视法,它受很多因素影响,缺陷较多。CIE标准色度系统的建立奠定了测色基础,可通过测量三刺激值来确定物体颜色。三刺激值为

　　式中S(λ)为光源的相对光谱分布;β(λ)为物体的光谱辐亮度因数;-x(λ)、-y(λ)、-z(λ)为标准观察者的光谱三刺激值;k为常数。

　　测色仪器分为分光测色仪和色度计两大类。光电色度计由其内部光学模拟积分来获得三刺激值。光学模拟积分式光电色度计采用校正滤色器来模拟标准照明体和标准观察者系统,以使其光源的光谱分布与标准照明体的光谱分布成比例,使光电探测器的相对光谱灵敏度与标准观察者成比例。因而校正滤色器的模拟准确度直接影响测色精度,这是设计校正滤色器时必须考虑的问题。

　　2　校正滤色器设计的光学原理

　　通常光电色度计内部的照明光源是普通的白炽灯或卤钨灯;光电色度计的探测器为光电池、光电管等。为了要模拟标准观察者在标准照明体照明下观察到的物体颜色情况,色度计的总光谱灵敏度(光谱响应)必须符合卢瑟条件,即

　　式中γ(λ)为探测器的光谱灵敏度;τx(λ)、τy(λ)、τz(λ)为三种校正滤色器的理想光谱透射比;Sc(λ)为选定的标准照明体的相对光谱分布;kx、ky、kz为比例系数。

　　3　校正滤色器的设计要点

　　设计校正滤色器的目的是要使色度计获得满意的光谱响应,确保颜色测量的准确度。不管用什么方法达到目的,都必须遵循卢瑟条件。

　　若校正滤色器的光谱透射比满足卢瑟条件,则色度计的光学模拟目的就达到了。各探测器的电信号值就正比例于物体色的三刺激值。色度计的精度与仪器符合卢瑟条件的程度有关,符合程度愈高,则测量精度愈高。

　　校正滤色器应有的光谱透射比为

　　3·1　校正滤色器的组合方式

　　校正滤色器常用的组合方式大致有三种,如图1所示。

　　3·2　校正滤色器透射比的求取

　　只要选定了标准照明体和标准观察者,确定了使用的光源的光谱分布和光电探测器的光谱灵敏度,则根据(3)式就可确定滤色器的理想光谱透射比τx(λ)、τy(λ)、及τz(λ)。

　　滤色器的光谱透射比与单块滤色片材料的透射比及厚度有关。光线通过有色玻璃介质,能量损失包括介质表面反射和本身吸收两部分。若介质表面反射比为ρ,吸收率为α,根据比尔-朗伯定律介质透射比