CN2031922U

CN2031922U - 快速测色装置

Info

Publication number: CN2031922U
Application number: CN 88205786
Authority: CN
Inventors: 林中; 高贯虹
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1989-02-01

Abstract

“快速测色装置”是一种测量颜色的光学装置。由于该装置采用了在可见光区能快速连续电调谐且便于与计算机联控的声光可调谐滤光器(AOTF)作为光路的分光器件，所以可通过计算机控制，实现快速光谱扫描并同时对光谱信息进行数据处理。使用该装置能大幅度提高测色所需时间，较传统光谱光度计比，其测色时间可缩短几个数量级，从而为准确、快速、实时测色开辟了新途径。本装置可广泛用于纺织、印刷等色度检测及快速色度、光谱分析等领域。

Description

本发明属于测量颜色的光学装置。

现有测量颜色的光学仪器，一般分为二大类。一类为光电积分测色仪器，它是利用具有特定光谱灵敏度的光电积分器件，直接测量光源色或物体刺激值或色度坐标的，其测色速度虽快，但精度低。另一类为测色光谱光度计，它是通过分光器件，对物体进行光谱光度测量，测得物体的光谱反射率因数或光谱透射率，经数据处理、运算进而得出物体色的刺激值和色度坐标的。其特点是测色精度高，故用它可实现高准确度的色测量，或对光电积分测色仪器进行定标，或建立色度标准。但它的缺点是测色速度慢，一般做一次色度测量需要秒量级甚至分以上的时间，其原因是由于色度计中的单色仪大都用光栅或棱镜作为分光器件进行光谱扫描的，工作时，需通过一个机械机构来控制光栅或棱镜的移动，而机械动作限止了光谱扫描的速率，因此这种测色光谱光度计虽然精度高，但难以用它进行实时测量，使其应用受到了限止。

本发明的任务是提供一种快速测色装置，它既具有现有测色光谱光度计的测色精度，又有高的测色速度。

发明提供的装置属测色光谱光度计一类。其发明实质在于采用声光可调谐滤光器（简称AOTF）作为光路中的分光器件进行光谱扫描，由于声光可调谐滤光器具有在可见光区快速连续电调谐和便于与计算机联控的特点，所以在装置中又设置了一相应的驱动控制电路，与计算机联机控制AOTF实现快速光谱扫描，并同步采集光谱信号完成色度计算，使发明装置既保持了原有光谱光度计的测色精度，又提高了测色速度。为便于理解发明构成，以下结合附图详细描述本发明。

图1为发明装置原理图，其中光路照明采用0／d照明方式。

图2为0／45照明方式的光路。

图3是发明装置的一种控制电路。

参照图1，全装置可分为光路及驱动控制电路二部分，其光路包括：照明光源1，准直光路2，光阑3，7，一对正交放置的偏振片4和6，声光可调谐滤光器（AOTF）5，样品8和积分球9。驱动控制电路包括：光电倍增管10，光电倍增管电源11，光电信号放大电路12，A／D变换器13，微型计算机15，译码电路16，寄存器17及波长扫描控制电路22。这里，光路采用的是0／d照明方式，照明光源1经准直光路2准直后，入射AOTF5，用AOTF滤出的一束衍射光去照明样品8，样品面上的漫反射光经积分球9积分后，由光电倍增管10接收将其转化为光电流，该光电流经光电信号放大电路12放大后，送入A／D变换器13中进行变换，把模拟信号转换成数字量，由计算机15读入，获得样品的光谱信息，与此同时，计算机发出波长控制数Data，该Data数经寄存器17输入波长扫描控制电路22，由其产生一射频信号用于控制AOTF对样品进行光谱扫描。这里，波长扫描控制电路为由D／A变换器18，电流／电压变换电路19，射频信号发生器20及射频功率放大器21组成，其中的射频信号发生器可以采用普通的射频压控振荡器或者频率合成器，图示采用的是射频压控振荡器。其工作过程是：计算机发出的波长控制数Data经过寄存器，由D／A变换器及电流／电压变换电路变换为电压控制信号V输入射频压控振荡器，它产生一决定AOTF滤光波长的射频信号并经放大，去驱动AOTF对样品进行光谱扫描。AOTF的滤光通带的中心波长是由射频信号的频率决定的，此处射频压控振荡器产生的振荡频率由计算机发出的波长控制数Data经变换后所获的电压V控制。当计算机发出的波长控制数Data变化时，则产生的射频信号的频率也随之发生变化，于是AOTF进行光谱扫描的波长也作相应改变，例如要求在4000～7000A°波长范围内，每隔100A°取一光谱测量点，进行光谱扫描，测量色度，则只需要预先将AOTF各工作波长4000A°，4100A°……6900A°，7000A°所对应的波长控制数Data存入计算机，光谱扫描时，计算机按要求顺序发出波长控制数Data即可。计算机发Data数的相隔时间可以人为设定，使其在每读入，数据处理一个光谱信息后，发出一Data数。但最好在计算机接口的译码电路16与A／D变换器13之间接入延时电路14，以使A／D变换器能自动地在波长控制数Data发出一定时间后进行采样，变换。此间，计算机正好可对读入的前一个光谱信息进行数据处理，色度计算，而在其发出新的Data数时，又可收到来自A／D变换器的前一个光谱信息，由此可见，由于延时电路的作用，在测量样品光谱的任一时刻，可使其各路信号的传输、A／D变换器的模数变换，计算机的光谱处理，色度计算自动形成流水作业同步进行，更能大幅度提高测色速度，其测色时间可达毫秒甚至微秒量级，较传统的光谱光度计比，测色所需时间可缩短几个数量级。

发明装置中的光路照明可以采用o／d照明方式，也可采用d／0或0／45或45／0的照明方式，如图2所示，为0／45照明方式的光路图。计算机在获取了样品的光谱信息后，通过将其与已知白标准的光谱参数的参比，可以得到样品的反射率ρ（λ）或透射率τ（λ），运用色度学中的刺激值公式：

X＝k∫⁷⁸⁰ ₃₈₀Pe（λ）ρ（λ） x（λ）dλ

Y＝k∫⁷⁸⁰ ₃₈₀Pe（λ）ρ（λ） y（λ）dλ

Z＝k∫⁷⁸⁰ ₃₈₀Pe（λ）ρ（λ） z（λ）dλ

即可计算出样品的色度参数，得出物体的刺激值并进一步计算出色度坐标。

式中Pe（λ）为标准照明体的相对功率分布，ρ（λ）为与照明方式相对应的样品的反射率因数，若为透射体，则用τ（λ）代之， x（λ）， y（λ）， z（λ）为标准观察者的光谱刺激值，k为系数。

图3示出了发明装置中控制电路一种实例，计算机通过数据线D₀～D₇向寄存器74LS373发波长控制数，由D／A变换器 MC1508L8变换为电流，又经运算放大器LM358转化为控制射频压控振荡器的电压V，输入射频压控振荡器20，其产生的射频信号经射频功率放大器21放大后，在P点输出，驱动AOTF对样品进行光谱扫描，本例使用了的是普通的射频压控振荡器及功率放大器，其型号为“SGY－1”。光电倍增管10将测得的光电信号经由三级运算放大器组成的直流光电信号放大器12放大为0～5伏的采样电压信号，这一信号经由延时电路74LS123控制起动的A／D变换器ADC0809转换为数字量输入计算机，由计算机将读取的光谱信息进行数据处理，色度计算。这里A／D，D／A变换器可以用8位，也可以用10位，12位或14位。

发明提供的测色装置，由于采用了在可见光区能快速连续电调谐且便于与计算机联控的声光可调谐滤光器（AOTF）作为光路的分光器件，所以可通过计算机来控制快速光谱扫描并进行光谱数据处理，从而大大减少了光谱扫描所需时间，提高了测色速度，为准确、快速、实时测量颜色开辟了新途径。本装置可应用于纺织，印染、印刷、照明光源的色度检测、样品快速色度分析等领域，也可用作快速光谱分析仪器，对样品进行实时光谱分析，或用于生产线上对样品成份的监测，化学反应过程中对生成物的实时检测，光电探测器生产过程中的监控等方面。

Claims

1、一种快速测色装置，含有光路部分，其特征在于用声光可调谐滤光器(AOTF)[5]作为光路中的分光器件进行光谱扫描，其受控于驱动控制电路，该控制电路包括：

a)光电倍增管[10]，光电倍增管电源[11]，光电信号放大电路[12]，将光转化为光电信号并作放大。

b)A/D变换器[13]，把光电信号转化为数字量读入计算机[15]

c)译码电路[16]

d)寄存器[17]，寄存计算机发出的波长控制数Data

e)波长扫描控制电路[22]，产生-射频信号驱动声光可调谐滤光器[5]进行光谱扫描。

2、按权利要求1所述的测色装置，其特征在于所说的波长扫描控制电路〔22〕由D／A变换器〔18〕，电流／电压变换电路〔19〕，射频信号发生器〔20〕及射频功率放大器〔21〕组成。

3、按权利要求2所述的测色装置，其特征在于所说的射频信号发生器为射频压控振荡器或频率合成器。

4、按权利要求1所述的测色装置，其特征在于在A／D变换器〔13〕与计算机接口的译码电路〔16〕之间接入一个延时电路〔14〕。

5、按权利要求1所述的测色装置，其特征在于光路照明采用0／d照明方式或d／0或0／45或45／0照明方式。