FS系列光电色度计的设计研究

　　1　引　言

　　人类的眼睛是最古老的颜色测量工具,人眼对微小的颜色差别有很敏锐的辨别能力。但是目视方法测量的结果带有主观性,它受到视觉适应性、个体眼睛光谱响应的差异、测量时人的状态等因素的影响。因此在颜色分析和标定中目视比较法和目视测量仪器都有不少缺陷。CIE标准色度系统的建立,为人们客观地测量物体的颜色奠定了基础,可以通过对物体光谱三刺激的测量来确定颜色。FS系列高精度光电色度计则是用来定量测量物体颜色的仪器,广泛应用于油漆、化工、纺织、印染、造纸、车辆制造及食品生产等工业部门,作颜色质量的检验与控制。

　　2　光学原理

　　CIE标准色度系统光谱三刺激值的计算公式为

　　式中s(λ)为光源的光谱分布:β(λ)为物体的光谱辐亮度因数:为标准观察者光谱三刺激值。颜色测量仪器就是通过一定的途径求得被测物体的三刺激值,进而计算出各种颜色参数。

　　光电色度计获得三刺激值的方法是由仪器内部光学模拟积分来完成的,即用滤色器来校正仪器光源和探测元件的光谱特性,使输出的电信号大小正比于颜色的三刺激值。光电色度计由照明电源、校正滤色器、探测器组成光学测量头;电子学系统包括前置放大器、A/D转换器、中央处理器、数据存储器及显示、打印等部分。

图1　d/0条件光学探头

　　FS系列光电色度计的探测器是蓝敏硅光电池,光电池的光谱灵敏度特性经过光学滤色器校正。以模拟CIE1964年规定的10°视场标准色度观察者光谱三刺激值曲线。仪器中利用四组探测器分别加不同的滤色器模拟光谱三刺激值曲线x10b(λ)、x10r(λ)、y10(λ)及z10(λ)。仪器的照明光源采用卤钨灯,用校正滤色器加以校正使其模拟D65光源。光电色度计能够准确测定物体颜色的三刺激值必须满足卢瑟条件

式中kxb、kxr、ky、kz为比例常数;s(λ)为仪器光源(卤钨灯)的光谱分布;s0(λ)为标准照明体的光谱分布,本仪器中为为10°视场标准观察者光谱三刺激值曲线;Txb(λ)、Txr(λ)、Ty(λ)及Tz(λ)为各组校正滤色器的光谱透射比;rxb(λ)、rxr(λ)、ry(λ)及rz(λ)分别为各组探测器的光谱灵敏度。

　　如果满足卢瑟条件,则由各组探测器的电响应值就可求得在D65光源照明下10°视场标准观察者观察到的颜色的三刺激值X、Y、Z为

式中Rr、Rb、G、B分别为四组探测器的电响应值:Kr、Kb、KG、KB为比例常数。

　　采用已知三刺激值的标准白板校正仪器,求得Kr、Kb、KG、KB值,就可以由探测器测得的电响应值,测得物体的三刺激值。