CN102705782A - 一种大色域范围的连续调色装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大色域范围的连续调色装置，属于光学精密测量技术领域。包括第一均匀面光源，第二均匀面光源，基色调色系统，补色调色系统和混色器；其中第一均匀面光源包括第一光源和第一小积分球；第二均匀面光源包括第二光源和第二小积分球；混色器由大积分球形成；基色调色系统包括前法兰盘A、基色滤色片底板、三个挡光板和后法兰盘A；补色调色系统包括前法兰盘B、补色滤色片底板、三个挡光板和后法兰盘B；挡光板可沿通光口径的径向移动，选择不同的挡光板组合，通过移动挡光板组合，改变各色光的光通量，调节六种色光进入混色器的光通量比例，从而改变混色器出射光的三刺激值，控制出射光的颜色范围，并可实现较大的光源输出功率。

Description

一种大色域范围的连续调色装置

技术领域

本发明涉及一种大色域范围的连续调色装置，属于光学精密测量技术领域。

技术背景

近年来，随着科技的发展，颜色在各个领域的应用越来越广泛。在机器人视觉、特种人员色觉检查、光电跟瞄火控、轻纺、建筑、环境和美术等领域，颜色的重要性显得特别突出，因此，颜色的测量成为这些领域的基础问题。为了精确地检测物体颜色或评测对象的颜色分辨能力，需要一个色域范围大、功率大、性能稳定的光源。

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。

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的光源中的不足，提出一种连续调色装置，可用于产生色域范围较大的连续可调光源。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种大色域范围的连续可调装置，包括第一均匀面光源，第二均匀面光源，基色调色系统，补色调色系统和混色器。

其中，第一均匀面光源包括第一光源和第一小积分球；基色调色系统包括前法兰盘A、基色滤色片底板、三个挡光板和后法兰盘A；第二均匀面光源包括第二光源和第二小积分球；补色调色系统包括前法兰盘B、补色滤色片底板、三个挡光板和后法兰盘B；混色器由大积分球形成。

第一光源和第一小积分球的进光口相连接，基色调色系统位于第一小积分球的出射光线方向，且通过其中的前法兰盘A与第一小积分球的出光口相接；基色调色系统的出射光线方向对准大积分球的第一进光口，并且通过后法兰盘A与大积分球的第一入口相连。第二光源和第二小积分球的进光口相连接，补色调色系统位于第二小积分球的出射光线方向，且通过其中的前法兰盘B与第二小积分球的出光口相接；补色调色系统的出射光线方向对准大积分球的第二进光口，并且通过后法兰盘B与大积分球的第二入口相连。

所述的第一均匀面光源和第二均匀面光源，提供照度均匀的面光源；基色调色系统，用于将入射光在空间上分成三束不同颜色的色光；补色调色系统，用于将入射光在空间上分成三束与基色调色系统颜色完全不同的色光；混色器，使各入射光在其中充分混合，在其出光口得到照度均匀的各入射色光的混合色光。

所述基色滤色片底板分为三个扇形区域，分别是蓝色、红色、绿色的滤光区域；三个滤光区域对应的三个挡光板位于同一个平面上，与基色滤色片底板平行，且拼合后能将基色滤色片底板完全遮挡。

所述补色滤光片底板分为三个扇形区域，采用除三原色以外的三种不同颜色作为滤光区域；三个滤光区域对应的三个挡光板位于同一个平面上，与补色滤色片底板平行，且拼合后能将补色滤色片底板完全遮挡。

上述两个调色系统的挡光板所在平面和滤色片底板所在平面在各调色系统中摆放的前后顺序可调换。两个调色系统中，最靠近挡光板的法兰盘上开有凹槽或安装导轨，实现各挡光板沿法兰盘的径向移动。

所述的六个挡光板分别采用不透光材料，其面积不小于相应的滤色片底板上用于滤出该种颜色光线的扇形面积。

安装时，第一均匀面光源、基色调色系统和混色器第一入口的几何中心要共线；第二均匀面光源、补色调色系统和混色器第二入口的几何中心要共线。

本装置中所有接口处应保证不漏光。

所述的大色域范围的连续调色装置的连续调色方法为：两个均匀面光源出射的光分别进入两个连续调色系统后，由基色调色系统和补色调色系统的滤色片底板将入射光分别分为三束不同颜色的色光，一共有六种不同颜色的色光；用蓝光挡光板、绿光挡光板、红光挡光板分别将基色滤色片底板上的蓝、绿、红光滤光区域遮挡，用另三种色光的挡光板分别将补色滤色片底板上的另三个滤光区域遮挡。挡光板可沿通光口径的径向移动，选择不同的挡光板组合，通过移动选择的挡光板组合，改变各色光的光通量，调节六种色光进入混色器的光通量比例，从而改变混色器出射光的三刺激值，控制出射光的颜色范围。

本装置有42种不同的挡光板组合方式。

各种颜色都会在色品图上对应着一个相应的坐标位置，且任何三种不同的颜色都可以混合出在色品图中以这三个颜色坐标为顶点的三角形内的所有颜色。在采用红、绿、蓝三原色为基色的调色系统中，混合出一个色域的最大范围是一个以这三种颜色的坐标为顶点三角形。采用六种色光作为基色，可以混合出以这六种颜色的色品坐标为顶点的六边形内的所有色光。

有益效果

本发明对比已有技术具有以下创新点：

通过径向移动挡光板改变三种颜色滤色片的通光面积来改变出射光的光谱分布，三种滤色片的通过面积可以连续调节，因此，出射光的光谱分布即颜色也可以连续调节。

采用六种色光调光，色域范围得到有效扩大。

系统中有两个均匀面光源，可以实现较大的光源输出功率。

附图说明

图1为本发明大色域范围的连续调色装置的示意图；

图2为本发明大色域范围的连续调色装置实施例的示意图；

图3为具体实施例中大色域范围的连续调色装置可调出的色光在色品图上的示意图。

标号说明：

1-第一均匀面光源，2-第一光源，3-第一小积分球，4-基色调色系统，5-前法兰盘A，6-基色滤色片底板，7-蓝光挡光板，8-绿光挡光板，9-红光挡光板，10-后法兰盘A，11-大积分球第一入光口，12-混色器，13-大积分球，14-大积分球第二入光口，15-补色调色系统，16-后法兰盘B，17-品红光挡光板，18-黄光挡光板，19-青光挡光板，20-补色滤色片底板，21-前法兰盘B，22-第二均匀面光源，23-第二小积分球，24-第二光源，25-大积分球出光口，26-光谱探测头，27-光纤，28-光谱仪。

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。

本发明的基本思想是利用两个均匀面光源分别照射两组滤色片产生三原色光和另三种色光，再通过积分球将这些色光混合为特定颜色的光。通过改变这六种色光的光通量比例来调节出射光的光谱三刺激值，即出射光的颜色。

本实施例中采用红、绿、蓝三原色和青、品红、黄三种互补色调光，色域范围得到有效扩大。

实施例

所述用于产生大色域范围的颜色连续可调的均匀面光源的装置，如图1所示，包括第一均匀面光源1、第二均匀面光源22，基色调色系统4，补色调色系统15和混色器12。其中：

第一均匀面光源1由第一光源2和第一小积分球3组成；基色调色器由前法兰盘A5、滤色片底板6、蓝光挡光板7、绿光挡光板8、红光挡光板9和后法兰盘A10组成；第二均匀面光源22由第二光源24和第二小积分球23组成；补色调色器由前法兰盘B21、补色滤色片底板20、品红光挡光板17、黄光挡光板18、青光挡光板19和后法兰盘B16组成。

第一光源2和第一小积分球3的进光口相连接，基色调色系统4位于第一小积分球3的出射光线方向，且通过其中的前法兰盘A5与第一小积分球3的出光口相接；基色调色系统4的出射光线方向对准大积分球第一入光口11，并且通过后法兰盘A10相连。第二光源24和第二小积分球23的进光口相连接，补色调色系统15位于第二小积分球23的出射光线方向，且通过其中的前法兰盘B21与第二小积分球14的出光口相接；补色调色系统15的出射光线方向对准大积分球第二入光口14，并且通过后法兰盘B16相连。

蓝光挡光板7、绿光挡光板8、红光挡光板9位于同一个平面上，这个平面与基色调色系统的基色滤色片底板6平行；品红光挡光板17、黄光挡光板18、青光挡光板19位于同一个平面上，这个平面与补色调色系统的补色滤色片底板20平行。

基色滤色片底板6分为三个扇形区域，分别是蓝色、红色、绿色的滤光区域，补色滤光片底板20也分为三个扇形区域，分别是青色、品红色、黄色的滤光区域。

在两个调色系统4、15中，两个调色系统的挡光板所在的平面和滤色片所在的平面在各调色系统中摆放的先后顺序可调换。在本实施例中的两个调色系统4、15中，最靠近挡光板的法兰盘上开有凹槽，各挡光板可以沿凹槽沿法兰盘开口的径向移动。

蓝光挡光板7、绿光挡光板8、红光挡光板9、品红光挡光板17、黄光挡光板18、青光挡光板19分别为表面发黑的铝合金薄片，每块铝合金薄片的面积不小于对应滤色片底板上用于滤出对应色光的扇形的面积。

本实施例的装置中所有接口处不漏光，第一光源和第二光源采用卤钨灯光源。

本实施例中装置的光路描述如下：

第一光源2发出的光进入第一小积分球3，在第一小积分球3的出口行成光谱连续分布的均匀面光源，然后进入基色调色系统4，由基色滤色片底板6将入射光分为三束原色光，再通过蓝光挡光板7、绿光挡光板8、红光挡光板9的作用，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；第二光源24发出的光进入第二小积分球23，在第二小积分球23的出口行程光谱连续分布的均匀面光源，然后进入补色调色系统15，由补色滤色片底板20将入射光分为三束补色光，再通过品红光挡光板17、黄光挡光板18、青光挡光板19的作用，改变三束补色光的通光面积的比例，即调节三束补色光的光通量比例。通过改变这六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；三束原色光和三束补色光分别从大积分球第一入光口11和第二入光口14进入大积分球13，在大积分球13内经过多次反射。最后在大积分球出口25输出特定颜色的均匀面光源。

如图2(a)和(b)所示，大色域范围的连续调色系统调色装置的操作步骤为：

首先，打开卤钨灯光源1和24的电源，点亮卤钨灯并预热几分钟，使卤钨灯发光稳定。卤钨灯分别和小积分球2、23组成两个均匀面光源，产生两束光谱连续分布的均匀出射光。再分别用这两个均匀面光源照射基色调色系统4和补色调色系统15。将六个挡光板全部沿滤光片底板6和20的径向方向移动到初始位置，既六个挡光板的顶端都与滤光片底板6和20的中轴线重合。此时，红、绿、蓝三个挡光板和青、品红、黄三个补色挡光板的边线分别重合，各色光的通光面积都为零，光通量也为零。

沿远离滤光片底板6和20中轴线的方向移动各挡光板，各色光的光通量增大，当将六块挡光板全部移动到距离滤光片底板6和20中轴线的最远时，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。沿远离滤光片底板中轴线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26通过光纤27将采集到得大积分球13的光传输到光谱仪28，利用光谱仪可以实时监测和监视大积分球13内的光谱信息。

本实施例中，共有42种不同的挡光板组合方式，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3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

通过仿真可以看出，本发明连续调色的色域范围比现有技术扩大了很多，并且具有颜色连续可调、输出功率大、结构简单、成本低的优点。

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 (10)

1.一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：包括第一均匀面光源，第二均匀面光源，基色调色系统，补色调色系统和混色器；

其中，第一均匀面光源包括第一光源和第一小积分球；基色调色系统包括前法兰盘A、基色滤色片底板、三个挡光板和后法兰盘A；第二均匀面光源包括第二光源和第二小积分球；补色调色系统包括前法兰盘B、补色滤色片底板、三个挡光板和后法兰盘B；混色器由大积分球形成；

第一光源和第一小积分球的进光口相连接，基色调色系统位于第一小积分球的出射光线方向，且通过前法兰盘A与第一小积分球的出光口相接；基色调色系统的出射光线方向对准大积分球的第一进光口，且通过后法兰盘A与大积分球的第一入口相连；第二光源和第二小积分球的进光口相连接，补色调色系统位于第二小积分球的出射光线方向，且通过前法兰盘B与第二小积分球的出光口相接；补色调色系统的出射光线方向对准大积分球的第二进光口，且通过后法兰盘B与大积分球的第二入口相连。

2.根据权利要求1所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：所述基色滤色片底板分为三个扇形区域，分别是蓝色、红色、绿色的滤光区域；三个滤光区域对应的三个挡光板位于同一个平面上，与基色滤色片底板平行，且拼合后能将基色滤色片底板完全遮挡。

3.根据权利要求1所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：所述补色滤光片底板分为三个扇形区域，采用除三原色以外的三种不同颜色作为滤光区域；三个滤光区域对应的三个挡光板位于同一个平面上，与补色滤色片底板平行，且拼合后能将补色滤色片底板完全遮挡。

4.根据权利要求1所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：为实现各挡光板沿法兰盘的径向移动，所述基色调色系统和补色调色系统中，最靠近挡光板的法兰盘上开有凹槽或安装导轨。

5.根据权利要求1所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：所述第一均匀面光源、基色调色系统和混色器第一入口的几何中心共线；第二均匀面光源、补色调色系统和混色器第二入口的几何中心共线。

6.根据权利要求1所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：所述装置中所有接口处不漏光。

7.根据权利要求1、2和3所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：所述基色调色系统中，三个挡光板所在平面和基色滤色片底板所在平面的前后顺序可调换；所述补色调色系统中，三个挡光板所在平面和补色滤色片底板所在平面的前后顺序可调换。

8.根据权利要求1、2和3所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：所述的六个挡光板分别采用不透光材料，其面积不小于相应的滤色片底板上用于滤出该种颜色光线的扇形面积。

9.根据权利要求1、2和3所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：所述装置有42种不同的挡光板组合方式。

10.根据权利要求3所述的一种大色域范围的连续调色装置，其特征在于：所述除三原色以外的三种不同颜色优选为青、品红、黄三种互补色。

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