[实用新型]快速精密CCD测色仪

说明书

本实用新型涉及一种快速精密CCD测色仪，特别是能将线型光谱色源与连续光谱色源等同测量的测色仪，它可广泛应用于印染、化工、烟草、纺织、照明等工业的测色及其他颜色的测量。

现有的测色仪按测色原理可分为光谱光度法和光电积分法。光谱光度测色是一种高精度的测色方法，该方法以5纳米或10纳米的间隔对可见光进行扫描，逐点采一强度值作为此区域的平均强度计算色品坐标及其他参数，这对连续光谱光源一般尚能符合，但对线光谱色源可能出现较大的误差，而且由于光谱数据采集及计算工作量大，测量速度较慢。光电积分测色的速度快，但由于测量所要求的卢瑟福条件通常难以很好地满足，测色精度往往不高。

本实用新型的目的在于提供一种快速精密CCD测色仪，它能克服现有的光谱光度测色速度慢及光电积分测色精度不高的缺点，实现了快速高精度的测色，并可将线型光谱色源与连续光谱色源等同测量。

本实用新型的目的是这样实现的：用以准直透镜和积分球组成的藕合光学系统将来自色源或经物体透射，反射的光转换为平行光，再由透镜耦合进入光栅多色仪。该多色仪是一个为测色而设计的能将复色光色散，将可见光区波长为380-760纳米的单色光成象在出射象面上的装置。多色仪的光栅台为固定式，使用中不需调整。电荷藕合器件探测器(CCD)是一种新型的列阵探测器，属积分型探测器，它的各个接收单元能够将所接收的光强对特定时间的积分转换为电荷存储起来，再以电压的形式输出。在积分时间确定的条件下，输出的电压就反映了照射到光敏单元上光强的平均值。本实用新型将CCD与多色仪连为一体，让其光敏单元固定在多色仪出射象面上。CCD便可一次并行接收整个可见光区的全部光谱，线型光谱与连续光谱可等同测量，测量信号由高速A/D计算机模数转换卡转换为数字信号并存入计算机。计算机自动完成采集光谱分布、计算色度坐标、计算明度、计算相关色温，并通过与计算机相连的显示屏幕或打印机输出色度坐标，并将色度坐标标记在标准色品图上的相应位置，实现快速精密测色。

本实用新型与现有技术相比，有如下优点：

1、测量快速。现有的光谱光度测色仪均采用扫描可见光谱区，以5纳米或10纳米间隔进行采样，再计算色品坐标及其他参数，因而费时多，速度难以提高。本实用新型由于采用CCD探测器并行接收光谱，整个可见光谱数据可迅速数字化，并存入计算机内存。计算机迅速计算出色度坐标、明度及色温等参数，整个过程用时少于0.3秒，测色速度大大高于现有的光谱光度测色仪。因此，本实用新型除可作一般测色外，还可用于瞬态色源和不稳定色源的实时测量。

2.测量精确。现有的光谱光度测色仪，是按国家标准，以5纳米的间隔对可见光区进行扫描，逐点采一强度值作为该区域的平均强度进行计算。这对连续光谱光源一般尚能符合，但对线光谱色源可能出现较大的误差。本实用新型采用组合强度法计算，以1纳米左右为组宽度，将组内各强度之和作为组强度法计算，该强度实际地反映了光谱分布，对线光谱和连续光谱色源都能很好地符合。同时组宽度小于国家标准的5纳米，三刺激值的误差较小。因而测色精度较现有光谱光度测色仪高。

3.整体结构上，将常温线阵CCD及驱动器与多色仪连为一体，整个测色仪外观上仅有多色仪、计算机和以积分球为主的藕合光学系统，结构简单紧凑。与现有光谱光度测色仪相比，本测色仪结构更为简单。

4.本实用新型与现有多色仪不同，其光栅台为非扫描的固定式，针对可见光区380--760纳米波长输出，加工制造及使用均较现有多色仪简单，成本也大大降低。

5.在软件的设计中，对CCD探测器、多色仪及藕合光学系统的暗噪声、背景噪声和系统的响应不均匀等进行了综合的扣除和补偿，从而测得的数据精度高、稳定性好。

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的结构和原理。

图1是本实用新型结构示意图，其中A为色源，置于准直透镜B的焦点处；积分球C的中心处在藕合透镜D的焦点上，该点同时也是两透镜B、D光轴的交点，积分球C的窗口1和2分别为输入、输出口。 E是接筒； F为狭缝；输入和输出平面反射镜G、J与固定式光栅台I和准直反射镜H构成多色仪； K为输出接筒，L为电荷藕合器件探测器(CCD)，CCD光敏面位于多色仪的出射象面上；M是CCD驱动器；P为联接电缆；O为计算机A/D模数转换卡；N是计算机显示屏。

在图1所示的实施例中，准直透镜B和积分球C将来自色源A的发散光转换为平行光，再经过透镜D藕合进入由G、H、I、J组成的光栅多色仪，经多色仪分光后将可见光波长为380-760纳米的单色光成象在出射象面(CCD光敏面)上，CCD接收的光谱信号经高速A/D转换为数字信号存入计算机，由计算机进行数据处理得出测量结果。