CN102537856B - 光、色复用连续调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光、色复用连续调节装置，属于光学精密测量技术领域。具体包括前法兰盘、三个挡光板、六个滤色片、支撑机构A，支撑机构B、三角支架、后法兰盘。其中，前法兰盘、支撑机构A，支撑机构B、后法兰盘平行紧贴放置，均开有圆形的中心孔，且四个中心孔的圆心同轴、等口径；三角支架位于支撑机构A、支撑机构B的中心孔中；支撑机构A的两个端面均开有3个相同的径向凹槽，用于安装可移出的滤色片；支撑机构B上开有与支撑机构A相同的凹槽，用于安装可移出的档光板。本发明将入射光分成三束不同颜色的色光并可改变它们各自的光通量或只改变入射光的光通量，从而实现大色域范围的连续调色和大动态范围的连续调光。

Description

光、色复用连续调节装置

技术领域

本发明涉及一种大色域范围的连续调色和大动态范围的连续调光的复用装置，属于光学精密测量技术领域。

技术背景

人所感受的外界信息有95％以上来自视觉，因此视觉特性的好坏直接关系到人类的生产、生活和工作。所以颜色分辨力、照度阈值、对比度阈值的测量变得越来越重要。目前，市场上的仪器装备结构笨重、功能单一，很难满足测量的需求。

为了实现在一套系统中同时能测量分辨力、照度阈值、对比度阈值，就需要一种能同时能在大色域范围内的连续调色装置和在大动态范围内连续调节光通量的复用的装置。

一般可以采用色卡和棱镜分光的方法产生特定颜色的光源，但这两种方法都存在着缺陷。在特定均匀面光源出射口放置一系列色卡，可以构成特定颜色的光源，但该方法只能产生离散的颜色，无法产生连续可调的颜色；为了实现较大的色域范围和较高的颜色分辨力，色卡的数量将非常庞大。采用棱镜或光栅分光的方法可以产生颜色连续可调的光源，但该方法产生的光源功率低，机械结构较复杂，而且无法产生蓝色和红色之间的颜色(即品红色)。

由于红、绿、蓝三原色并不能混合出所有颜色的色光，特别是在用滤光片调色时，由于滤光片本身的饱和度较低，混合出来的色域范围受到了很大的限制，在色品图上表示出来只是一片以三个滤光片的色彩坐标为顶点的三角形所包围的区域。如果提高滤光片的饱和度，那么光源的能量损失就会变大，很难满足测试的能量要求。

目前调节光通量的方法主要是通过衰减片、偏振片等，但这些装置都很难实现和颜色调节的复用。

发明内容

本发明的目的是为了改善现有技术在产生大色域范围内连续可调和大动态范围内连续调节光通量的光源中的不足，提出一种光、色复用连续调节装置，可用于产生色域范围较大和照度动态范围较大且连续可调的光源。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种光、色复用连续调节装置，包括前法兰盘、三个挡光板、六个滤色片、支撑机构A，支撑机构B、三角支架、后法兰盘。

前法兰盘、支撑机构A，支撑机构B、后法兰盘平行紧贴放置，均开有圆形的中心孔，且四个中心孔的圆心同轴、等口径；三角支架位于支撑机构A、支撑机构B的中心孔中。

支撑机构A、支撑机构B的所有端面均与二者的轴心线垂直。

所述的支撑机构A的两个端面均开有3个相同的径向凹槽，3个凹槽两两成120°；两个端面的凹槽边线关于支撑机构A的端面垂直平分面对称。支撑机构B上开有与支撑机构A相同的凹槽；装配后，支撑机构B的三个凹槽在支撑机构A上的投影与支撑机构A上凹槽的边线完全重合。

所述的三角支架为三条等长、等厚的叶片，且两两成120°，于三角支架的中心相连；叶片的边长不小于支撑机构A和支撑机构B的中心孔半径，用于将支撑机构A、支撑机构B的中心孔分成三块完全相同的区域，以产生三个光通道。

所述三角支架的安装方式包括两种：与支撑机构A或支撑机构B加工为一体，或者于支撑机构A和支撑机构B的中心孔内缘分别开槽，将三角支架固定其中。所述三角支架的三个叶片分别与支撑机构B的三个凹槽的中心线成60°角。

所述的六块滤色片分为A、B两组，每组3块，分别安装在支撑机构A两个端面的六个凹槽内，两组滤色片所在的平面互相平行；其中A组的3块滤色片采用三原色，B组采用除三原色以外的三种颜色。装置使用时，可只采用A组滤色片，或者A组和B组滤色片配合使用，使得三个光通道均有一个滤色片。

滤色片的宽度不大于支撑机构A上凹槽的宽度，滤色片的厚度不大于支撑机构A上凹槽的厚度。滤色片最靠近支撑机构A口径中心的一端为三角形，当三角形顶点与三角支架的中心重合时，滤色片顶端的两条边恰好与三角支架上对应的两个叶片的边缘吻合。当每组的三个滤色片顶点都与三角支架的中心重合时，这三个滤色片所组成的平面能将支撑机构的口径完全遮挡。

所述的三块挡光板均为不透光材料制成，三块挡光板在同一个平面上，挡光板安装在支撑机构B的凹槽内，挡光板的形状和安装方式与滤色片相同，挡光板的面积不小于与之对应的滤色片的面积。

上述的挡光板所在平面可与滤色片所在的两个平面的任何一个互换，即三块挡光板也可安装在支撑机构A的任意一面的凹槽内，而相应的三个滤色片安装在支撑机构B的凹槽内。

所述的挡光板和滤色片均能沿着径向凹槽向靠近或远离三角支架中心的方向移动。

本装置中所有接口处应保证不漏光。

本发明的连续调节装置的工作过程：将前法兰盘连接外界平行光源，后法兰盘连接外界混色器。当使用到颜色调节功能时，若只采用A组的三原色滤色片，则光源照射到滤色片上产生三原色光，再通过混色器将三原色光混合成特定颜色的光，通过移动挡光板改变三原色的光通量比例，调节出射光的三刺激值，即出射光的颜色；若需加大出射光的色域范围，则可加入B组滤色片，实际操作中可使用其中三个使得三个光通道均有一个滤色片即可。当使用到亮度调节功能时，将六个滤色片抽出，通过改变入射光的光通量来改变积分球出口的亮度。

有益效果

本发明对比已有技术具有以下创新点：

本发明既可实现对颜色的调节，又可实现对亮度的调节。

通过径向移动挡光板改变出射光的光谱分布或亮度，挡光板可以连续移动，因此，出射光的光谱分布或颜色可以连续调节。

采用六种色光调光，色域范围得到有效扩大。

附图说明

图1为本发明光、色复用连续调节装置的结构示意图；其中，(a)为左视图，(b)为右视图；

图2为具体实施方式中实施例的系统连接示意图；其中，(a)为分部分示意图，(b)为整体示意图；

图3为具体实施方式中系统测试示意图；

图4为具体实施方式中系统测试结果图。

标号说明：

1-光源，2-平行光管，3-前法兰盘，4-绿色滤光片，5-红色滤色片，6-蓝色滤色片，7-支撑机构A，8-三角支架，9-青色滤色片，10-黄色滤色片，11-品红色滤色片，12-支撑机构B，13-第一挡光板，14-第二挡光板，15-第三挡光板，16-后法兰盘，17-积分球入口，18-积分球，19-积分球出口，20-光谱仪探头，21-光谱仪光纤，22-光谱仪，23-照度计探头，24-照度计光纤，25-照度计，26-凹槽A，27-凹槽B，28-凹槽C，29-凹槽D，30-凹槽E，31-凹槽F，32-凹槽G，33-凹槽H，34-凹槽I。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

所述光、色复用连续调节装置，如图1所示，包括前法兰盘3、绿色滤光片4、红色滤色片5、蓝色滤色片6、支撑机构A7、三角支架8、青色滤色片9、黄色滤色片10，品红色滤色片11、支撑机构B12、第一挡光板13、第二挡光板14、第三挡光板15、后法兰盘16。

所述的前法兰盘3、支撑机构A7、支撑机构B12、后法兰盘16的中心都有圆形的孔，四个孔的圆心同轴，支撑机构A7、支撑机构B12等口径，支撑机构A7、支撑机构B12的所有端面都与他们的轴心线垂直。

所述的支撑机构A7的两面都开有3个两边平行的径向凹槽，3个凹槽两两成120°，凹槽关于支撑机构A7的中心面对称；支撑机构B12，远离支撑机构A7的一面上开有与之相同的凹槽。支撑机构B12上的凹槽所在的平面与支撑机构A7上凹槽所在的两个平面平行。装配后，支撑机构B12上的凹槽在支撑机构A7上的投影与支撑机构A7上凹槽的边线完全重合。

所述的三角支架8有三条等长、厚的叶片，三片叶片在三角支架的中心连接在一起，三片叶片两两成120°，叶片的边长不小于支撑机构A7或支撑机构B12的口径半径。

所述的支撑机构A7、支撑机构B12的口径被三角支架8分成三块完全相同的区域，三角支架8的三个边都分别与支撑机构A7、支撑机构B12上的三个凹槽的中心线成60°角。

所述的支撑机构A7靠近前法兰盘3的一侧的端面上开有凹槽A26、凹槽B27、凹槽C28三个凹槽，另一个端面上开有凹槽D29、凹槽E30、凹槽F31三个凹槽，支撑机构B12靠近后法兰盘的一侧断面上开有凹槽G32、凹槽H33、凹槽I34三个凹槽。

所述六块滤色片分为两组，其中包含绿色滤光片4、红色滤色片5、蓝色滤色片6的A组依次安装在支撑机构A7的凹槽A26、凹槽B27、凹槽C28三个凹槽内；B组包含青色滤色片9、黄色滤色片10，品红色滤色片11三块滤色片依次安装在支撑机构A7的凹槽D29、凹槽E30、凹槽F31三个凹槽内。每组的滤色片在同一个平面上，两组滤色片所在的平面互相平行。每块滤色片的宽度不大于两个支撑机构A7上凹槽的宽度，滤色片的厚度不大于支撑机构A7上所开槽的厚度。滤色片最靠近支撑机构A7口径中心的一端呈120°的三角形，当三角形的顶点与三角支架8的中心重合时，滤色片顶端的两条边恰好与三角支架8上对应的两个叶片的边缘吻合。当每组的三个滤色片的顶点都与三角支架8的中心重合时，这三个滤色片所组成的平面能将支撑机构的口径完全遮挡。

所述的第一挡光板13、第二挡光板14、第三挡光板15均为不透光表面发黑的铝制成，三块挡光板在同一个平面上，挡光板安装在支撑机构B12的凹槽G32、凹槽H33、凹槽I34三个凹槽内，挡光板的形状和安装方式与滤色片相同，挡光板的面积不小于与之对应的滤色片的面积。

三角支架8将光、色连续调节系统的口径分成三个通道，分别是第一通道、第二通道、第三通道。第一通道对应着绿色滤光片4、品红色滤色片11、第一挡光板13，第二通道对应着第二挡光板14、红色滤色片5、黄色滤色片10，第三通道对应着蓝色滤色片6、品红色滤色片11、第三挡光板15。

所有的挡光板和滤色片都可以沿着与之对应的凹槽向靠近或远离三角支架8中心的方向移动。对应通道内的滤色片和挡光板沿凹槽移动时，可改变对应通道的滤色面积或光通量。

上述系统的挡光板所在平面可与滤色片所在的两个平面的任何一个互换，即三块挡光板也可安装在支撑机构A7的任意一面的凹槽内，而相应的滤色片安装在支撑机构B8的凹槽内。

使用上述的光、色复用连续调节装置进行光、色调节的系统连接如图2(a)和(b)所示。

光源1和平行光管2的进光口相连接，光、色复用调节装置位于平行光管2的出射光线方向，且通过其中的前法兰盘3与平行光管2的出光口相接；光、色复用调节系统的出射光线方向对准积分球进光口17，并且通过后法兰盘16与积分球进光口17相连。

所述的光源1，供整个系统照明；平行光管2，将入射光调制成平行出射光；光、色复用连续调节装置，用于将入射光分成三束不同颜色的色光并可改变它们各自的光通量或只改变入射光的光通量；积分球18，使入射光在其中充分混合，在其出光口得到照度均匀的光。

本实施例中装置的光路描述如下：

1、调色时光路如下：

光源1发出的光进入平行光管2，在平行光管2的出口行成平行光，然后进入光、色连续调节装置，由三角支架8将光、色连续调节系统的口径分成三个通道，入射光经过这三个通道后被分成三束光，这三束光分别通过三原色滤色片后变成三束原色光。再通过第一挡光板13、第二挡光板14、第三挡光板15改变三束原色光的通光面积的比例，即调节三束原色光的光通量比例。通过改变这三种色光的光通量比例，可改变大积分球出口出射光的三刺激值。三束原色光在积分球18内经过多次反射。最后在积分球出口19输出特定颜色的均匀面光源。

如图3所示，调色时操作步骤为：

首先，打开卤钨灯光源1电源，点亮卤钨灯并预热几分钟，使卤钨灯发光稳定。将每个通道所对应的两个滤色片中的一个沿远离三角支架8中心的方向移动到它不能遮挡光线的位置；另一个沿靠近三角支架中心的位置移动，使其的顶点与三角支架的中心重合。平行光管出射两束光谱连续分布的平行光，用平行光照射光、色连续调节系统。将第一挡光板13、第二挡光板14、第三挡光板15分别沿对应的凹槽移动到初始位置，既三挡光板的顶端都与三角支架的中心重合。此时，系统的光通量为零。

沿远离三角支架8中心的方向移动各挡光板，各色光的光通量增大，当将三块挡光板全部移动到距离三角支架的中心最远时，各色光的通过光面积最大，各色光的通光面积都是中心角为120°的扇形。通过沿滤光片底板的径向方向移动挡光板，可以改变对应色光的通光面积，进而改变光通量。沿远离三角支架中心的方向移动各挡光板时，对应色光的光通量将增大；反之，对应色光的光通量将减小。

选择挡光板的组合方式后，可通过移动各挡光板来控制对应色光的光通量和它们之间的比例关系，进而改变大积分球出口的出射光的颜色。

光谱探测头20通过光谱仪光纤21将采集到得积分球18的光传输到光谱仪22，利用光谱仪可以实时监测和监视积分球18内的光谱信息。

2、调色时光路如下：

光源1发出的光进入平行光管2，在平行光管2的出口行成平行光，然后进入光、色连续调节系统，由三角支架8将光、色连续调节系统的口径分成三个通道，入射光经过这三个通道后被分成三束光。再通过第一挡光板13、第二挡光板14、第三挡光板15改变三束光的通光面积。三束光在积分球18内经过多次反射。最后在积分球出口19输出特定亮度的均匀面光源。

调光时操作步骤为：

首先，打开卤钨灯光源1电源，点亮卤钨灯并预热几分钟，使卤钨灯发光稳定。将每个通道所对应的两个滤色片全部沿远离三角支架8中心的方向移动到它不能遮挡光线的位置。将第一挡光板13、第二挡光板14、第三挡光板15分别沿对应的凹槽移动到初始位置，既三挡光板的顶端都与三角支架的中心重合。此时，系统的光通量为零。

沿远离三角支架中心的方向移动各挡光板，各通道的光的光通量增大，当将三块挡光板全部移动到距离三角支架的中心最远时，各通道的光的通过光面积最大，各光的通光面积都是中心角为120°的扇形。通过沿滤光片底板的径向方向移动挡光板，可以改变对应光的通光面积，进而改变光通量。沿远离三角支架中心的方向移动挡光板时，光通量将增大；反之，通量将减小。

照度计探测头23通过照度计光纤24将采集到得积分球18的照度传输到照度计25，利用照度计可以实时监测和监视积分球18内的照度信息。

本实施例中，调色共有8种不同的滤色片组合方式，通过试验仿真验证：不同色光组合与大积分球出射光的颜色范围在色品图中的位置如图4所示，该图为在CIE1931标准色度系统(国际照明协会在1931年制定)下，通过光学软件仿真得到。其中，a、b、c、d、e、f为透过绿、蓝、红、青、黄、品红六个滤色片的出射光在色品图上的坐标位置。

各色光的色品坐标由以下公式计算得到：

$x=\frac{X}{X+Y+Z}$

$y=\frac{Y}{X+Y+Z}$

$z=\frac{Z}{X+Y+Z}$

其中，X、Y、Z为各色光的三刺激值。

不同的色光组合与得到的色光在CIE1931色品图上的色域范围的对应关系如表1所示；

表1

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.光、色复用连续调节装置，其特征在于：包括前法兰盘、三块挡光板、六块滤色片、支撑机构A，支撑机构B、三角支架、后法兰盘；

前法兰盘、支撑机构A，支撑机构B、后法兰盘平行紧贴放置，均开有圆形的中心孔，且四个中心孔的圆心同轴、等口径；三角支架位于支撑机构A、支撑机构B的中心孔中；

支撑机构A、支撑机构B的所有端面均与二者的轴心线垂直；

所述的支撑机构A的两个端面均开有3个相同的径向凹槽，3个凹槽两两成120°；两个端面的凹槽边线关于支撑机构A的端面垂直平分面对称；支撑机构B上开有与支撑机构A相同的凹槽；装配后，支撑机构B的三个凹槽的边线在支撑机构A上的投影与支撑机构A上凹槽的边线完全重合；

所述的三角支架为三条等长、等厚的叶片，且两两成120°，于三角支架的中心相连；叶片的边长不小于支撑机构A和支撑机构B的中心孔半径；

所述的六块滤色片分为A、B两组，每组3块，分别安装在支撑机构A两个端面的六个凹槽内，两组滤色片所在的平面互相平行；其中一组的3块滤色片采用三原色，另一组采用除三原色以外的三种颜色；滤色片的宽度不大于支撑机构A上凹槽的宽度，滤色片的厚度不大于支撑机构A上凹槽的厚度；滤色片最靠近支撑机构A口径中心的一端为三角形，当三角形顶点与三角支架的中心重合时，滤色片顶端的两条边恰好与三角支架上对应的两个叶片的边缘吻合；当每组的三块滤色片顶点都与三角支架的中心重合时，这三块滤色片所组成的平面能将支撑机构的口径完全遮挡；

所述的三块挡光板均为不透光材料制成，三块挡光板在同一个平面上，挡光板安装在支撑机构B的凹槽内，挡光板的形状和安装方式与滤色片相同，挡光板的面积不小于与之对应的滤色片的面积；

所述的挡光板和滤色片均能沿着径向凹槽向靠近或远离三角支架中心的方向移动。

2.根据权利要求1所述的光、色复用连续调节装置，其特征在于：所述三角支架的安装方式包括两种：与支撑机构A或支撑机构B加工为一体，或者于支撑机构A和支撑机构B的中心孔内缘分别开槽，将三角支架固定其中；三角支架的三个叶片分别与支撑机构B的三个凹槽的中心线成60°角。

3.根据权利要求1所述的光、色复用连续调节装置，其特征在于：所述的挡光板所在平面可与滤色片所在的两个平面的任何一个互换。

4.根据权利要求1所述的光、色复用连续调节装置，其特征在于：所有接口不漏光。

5.根据权利要求1所述的光、色复用连续调节装置，其特征在于：装置使用时，只采用A组滤色片，或者A组和B组滤色片配合使用，使得由三角支架分成的三个光通道均有一个滤色片。

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