CN103884426A - 一种基于数字微镜器件的颜色目标发生器 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种基于数字微镜反射阵列的颜色目标发生器。目前采用的目标光源主要是利用光源与积分球组合的方法，大多数是通过对其机械结构进行人为调节来实现的。本发明提供的一种基于数字微镜器件的颜色发生装置，白炽灯发出的入射光经分光器件入射到DMD反射阵列上，DMD反射阵列的反射光路上依次设置有透镜和光纤耦合器，光线耦合器与积分球通过光纤相连；所述积分球上通过探头连接有光谱亮度计，光谱亮度计经计算机与DMD反射阵列连接。本发明的优点在于机械结构更加简洁，亮度控制精度高，检测效率高。

Description

一种基于数字微镜器件的颜色目标发生器

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于数字微镜反射阵列的颜色目标发生器。

背景技术

颜色测量是对颜色进行客观评价的主要手段，是现代颜色测量仪器核心技术之一，已发展为集光学、机械、电子于一体的系统，颜色检测和颜色变化的识别在工业应用中起着重要作用,随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展,生产过程中长期以来由人眼起主导作用的颜色识别工作将越来越多地被相应的颜色传感器所替代。

 颜色测量的难点在于：物体颜色信息十分广泛，颜色的确定需要色调，明度和饱和度三大要素，或三原色(红绿蓝)的刺激值。影响颜色检测准确度的参数主要有:照射光、物体反射、光源方位、观测方位和传感器性能等,任何一个参数发生变化都会导致观察到的颜色发生变化。

颜色目标的生成是颜色空间分辨力检测装置最核心最基础的项目之一，它直接影响着检测光源的质量，同时也是色彩空间检测的准确性的重要标志，因而展开对颜色目标发生器的研究具有重要意义。

目前采用的目标光源主要是利用光源与积分球组合的方法，大多数是通过对其机械结构进行人为调节来实现的。一种是通过光源、双积分球、滤光片组合；另一种是通过多个单色光源（LED）与积分球组合。

第一种方法，目标光源由光源与大、小两个积分球组成。大积分球模拟背景光，小积分球模拟目标源，两个积分球均有各自的照明光源。通过调整光阑可以分别控制两个积分球的亮度，从而形成目标与背景的对比度。电控系统为大、小积分球的照明光源提供高稳定度的电源输出，并根据对比度的调整实时调整电源的输出功率。这种方法虽然可以产生均匀的颜色，但是颜色受滤光片本身的限制，灰度值的选择与调节受到限制，其产生的目标光源不是彩色的。

第二种方法是将大量不同波长的 LED 放入积分球，调整 LED 的驱动电流，积分球即可调谐输出不同分布的光谱，通过仿真模拟证明多种类型LED的发光光谱组合可以模拟不同光源的光谱分布。然而要达到实用光的强度，需要大量的小功率LED组合，这不仅增加了光源的成本和控制电路的复杂程度，更重要的是，大量LED将会增大积分球的开口比，从而降低输出光谱的均匀性和余弦特性。并且，通过这样的方法不能产生指定需要的颜色光源。

发明内容

本发明的目的是研究一种产生颜色目标的装置，以解决目前颜色检测中颜色光源的问题。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：一种基于数字微镜器件的颜色发生装置，包括白炽灯，分光器件，DMD反射阵列，投影镜头，耦合光纤器、积分球、光谱亮度计和计算机；所述白炽灯发出的入射光经分光器件入射到DMD反射阵列上，DMD反射阵列的反射光路上依次设置有投影镜头和光纤耦合器，光线耦合器与积分球通过光纤相连；所述积分球上通过探头连接有光谱亮度计，光谱亮度计经计算机与DMD反射阵列连接。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1）机械结构更加简洁。由于减少了积分球并且避免滤光片的使用，减少了系统误差，并且使得安装调试更加方便。

2）亮度控制精度高。由于本系统中采用了数字微镜器件DMD，使产生的光源颜色范围更加的广泛，通过计算机来控制其占空比，即二进制脉冲调制，以实现对颜色灰度值的精确控制。而双积分球系统使用滤光片，形成的颜色单一。

3）检测效率高。由于每个反射阵列由十万乃至百万的微镜组成，可以同时快速的产生不同灰度的各种颜色，计算机可以直接控制每一个单元的状态，只需要对其进行选择就可以得到要求的颜色目标，对色度与亮度可以同时进行选择，而双积分球系统需要不断调试两个反馈电路，工作难度大。

附图说明

图1是本装置的装置原理图；

图2是本装置的系统装置图；

图3是本装置实施例2的装置原理图；

图4是本装置实施例2的靶标效果图。

其中，1是白炽灯，2是分光部件，3是反射阵列，4是投影镜头，5是光纤耦合器，6是光纤，7是积分球，8是探头，9是光谱亮度计，10是计算机，11是观察屏。

具体实施方式

本装置原理如图1所示，一种基于数字微镜器件的颜色发生装置，包括白炽灯1，分光器件2，DMD反射阵列3，透镜4，耦合光纤器5、积分球7、光谱亮度计9和计算机10。所述白炽灯1发出的入射光经分光器件2入射到反射阵列3上，反射阵列3的反射光路上依次设置有透镜4和光纤耦合器5，光线耦合器5与积分球7通过光纤6相连；所述积分球7上通过探头8连接有光谱亮度计9，光谱亮度计9经计算机10与DMD反射阵列3连接。

光源通过分光器件2，由于波长的影响，在光场中的传播方向会发生改变从而发生色散，投射到反射阵列3上。反射阵列3在其输入端接受代表亮度的灰度等级数字信息，输出光的数字信息,由观察者的眼睛感觉成模拟的亮度水平。通过人为的用计算机10控制每个数字微镜的工作方式，实现对颜色参数的选择与控制。其特殊之处在于：可以精确控制并选择颜色的亮度，波长以及带宽。采用反射阵列3可以对颜色与其灰度进行选择与控制，使得对颜色的选择更加精确，对灰度的控制可以通过计算机来改变微镜的占空比来实现。不仅可以产生单色光，也可以通过光纤耦合器5产生复色光。这种基于数字微镜反射阵列的颜色目标发生器，提高了彩色目标的产生效率。采用二进制脉宽调制技术能精确地控制光的灰度等级, 能投射大屏幕、高亮度、无缝的、高对比度彩色图像。

实施例1

参见图2，本发明的装置是由白炽灯1，分光器件2，反射阵列3，投影镜头4，耦合光纤器5、积分球7、光谱亮度计9、计算机组成10。所述反射阵列3的入射方向与白炽灯1，分光器件2沿白炽灯1发出的自然光的光轴成24⁰排列，所述DMD反射阵列3、镜头4与光线耦合器5沿反射阵列3的反射光线的光轴排列，所述光线耦合器5与积分球7通过光纤6相连；所述积分球7上通过探头8连接有光谱亮度计9，光谱亮度计9和反射阵列3均连接在计算机10上。

本发明的工作原理具体如下：白炽灯1发出的光经过分光器件2（光栅或棱镜）发生色散，使不同波长的光传播发生不同角度的偏转，投射到DMD反射阵列3上，不同光谱信息的光照射的区域不同。DMD反射阵列3利用微镜的光束控制作用能快速打开和关断光束。DMD 器件工作时，反射微镜上加一负偏压，则一个寻址电极上的电平为“1”（即+5V），另一个寻址电极上的电平为“0”（即接地），这样就形成了一个差动电压，光源出射的光束以和 DMD 镜面24^。的夹角倾斜照射在二维微镜阵列上，若某一像素的镜面顺时针转12^。，则微镜反射出的反射光与入射光的夹角为24^。，此时反射光恰好沿着投影透镜的光轴方向出射，几乎全部通过投影透镜并成像到投影屏幕上，呈现为亮态，这被称为“开态”；当像素微镜镜面逆时针转动12^。时，由于入射光的方向和透镜的位置没有改变，所以反射光沿着与透射光轴成48^。的方向射出，出射的光不能通过透镜成像在投影屏幕上，呈现为暗态，这被称为“关态”，若像素微镜水平放置不发生转动，反射光沿着与光轴夹角24^。的方向出射，这种情况下，只有少量的光可以通过透镜成像在投影屏幕上，这被称为“平态”。所要显示的亮度决定了微镜停留在参与成像位置(开态)的时间长度，而这个时间长度是通过像素元不断绕微镜转轴转动情况下，停留在开态位置的次数多少来实现；人眼及光电探测器的积分效果可将一帧时间内不同时刻的亮度“切片”还原成灰度大小，这种灰度显示技术实际上采用了二进制脉冲宽度调制(PWM)技术，其灰阶数目取决于二进制的字长。产生使观察者眼睛感觉到灰度等级的技术称为二进制脉宽调制。进而通过控制占空比，实现对颜色灰度值的控制，通过计算机10选择所要求的光学参数的所在位置，对其进行数字控制，使该颜色反射到投影镜头4的光轴上，再经过光纤耦合器5进行耦合，并且通过光纤6进行传输，进入积分球，将光谱亮度计9的探头8伸入积分球7内，对产生的颜色进行分析，将结果（光源的亮度，光谱三刺激值）反馈到计算机10，如果产生的颜色与所需要的颜色信息有所不同，则需要计算机通过二进制脉宽调制技术进一步的调试与控制，最终在积分球7出口处产生指定的颜色。

实施例2           

本实施例作为实施例1的一种应用列举，根据实际需要可以产生其他的光源，由应用者自己选择，本发明产生的目标光源：由两套光源分别产生两种颜色，并在积分球出口处设置靶标，两个靶标中，正四杆靶定义为四个目标条纹可透光，背景不透光；负四杆靶则相反，此时形成测试图案的前景图案和背景图案；两个靶标置于反射式准直光学单元的两个共轭交点处，从而形成无限远标准彩色目标源。

Claims (1)

1.一种基于数字微镜器件的颜色发生器，包括白炽灯（1），分光器件（2），DMD反射阵列（3），投影镜头（4），耦合光纤器（5）、积分球（7）、光谱亮度计（9）和计算机（10），其特征在于：所述白炽灯（1）发出的入射光经分光器件（2）入射到DMD反射阵列（3）上，DMD反射阵列（3）的反射光路上依次设置有投影镜头（4）和光纤耦合器（5），光线耦合器（5）与积分球（7）通过光纤（6）相连；所述积分球（7）上通过探头（8）连接有光谱亮度计（9），光谱亮度计（9）经计算机（10）与DMD反射阵列（3）连接。

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