專利名稱：快速測(cè)色裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量顏色的光學(xué)裝置。
現(xiàn)有測(cè)量顏色的光學(xué)儀器，一般分為二大類。一類為光電積分測(cè)色儀器，它是利用具有特定光譜靈敏度的光電積分器件，直接測(cè)量光源色或物體刺激值或色度坐標(biāo)的，其測(cè)色速度雖快，但精度低。另一類為測(cè)色光譜光度計(jì)，它是通過分光器件，對(duì)物體進(jìn)行光譜光度測(cè)量，測(cè)得物體的光譜反射率因數(shù)或光譜透射率，經(jīng)數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算進(jìn)而得出物體色的刺激值和色度坐標(biāo)的。其特點(diǎn)是測(cè)色精度高，故用它可實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的色測(cè)量，或?qū)怆姺e分測(cè)色儀器進(jìn)行定標(biāo)，或建立色度標(biāo)準(zhǔn)。但它的缺點(diǎn)是測(cè)色速度慢，一般做一次色度測(cè)量需要秒量級(jí)甚至分以上的時(shí)間，其原因是由于色度計(jì)中的單色儀大都用光柵或棱鏡作為分光器件進(jìn)行光譜掃描的，工作時(shí)，需通過一個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)來控制光柵或棱鏡的移動(dòng)，而機(jī)械動(dòng)作限止了光譜掃描的速率，因此這種測(cè)色光譜光度計(jì)雖然精度高，但難以用它進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，使其應(yīng)用受到了限止。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種快速測(cè)色裝置，它既具有現(xiàn)有測(cè)色光譜光度計(jì)的測(cè)色精度，又有高的測(cè)色速度。
發(fā)明提供的裝置屬測(cè)色光譜光度計(jì)一類。其發(fā)明實(shí)質(zhì)在于采用聲光可調(diào)諧濾光器(簡稱AOTF)作為光路中的分光器件進(jìn)行光譜掃描，由于聲光可調(diào)諧濾光器具有在可見光區(qū)快速連續(xù)電調(diào)諧和便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)控的特點(diǎn)，所以在裝置中又設(shè)置了一相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制電路，與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)控制AOTF實(shí)現(xiàn)快速光譜掃描，并同步采集光譜信號(hào)完成色度計(jì)算，使發(fā)明裝置既保持了原有光譜光度計(jì)的測(cè)色精度，又提高了測(cè)色速度。為便于理解發(fā)明構(gòu)成，
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。


圖1為發(fā)明裝置原理圖，其中光路照明采用0／d照明方式。
圖2為0／45照明方式的光路。
圖3是發(fā)明裝置的一種控制電路。
參照?qǐng)D1，全裝置可分為光路及驅(qū)動(dòng)控制電路二部分，其光路包括照明光源1，準(zhǔn)直光路2，光闌3，7，一對(duì)正交放置的偏振片4和6，聲光可調(diào)諧濾光器(AOTF)5，樣品8和積分球9。驅(qū)動(dòng)控制電路包括光電倍增管10，光電倍增管電源11，光電信號(hào)放大電路12，A／D變換器13，微型計(jì)算機(jī)15，譯碼電路16，寄存器17及波長掃描控制電路22。這里，光路采用的是0／d照明方式，照明光源1經(jīng)準(zhǔn)直光路2準(zhǔn)直后，入射AOTF5，用AOTF濾出的一束衍射光去照明樣品8，樣品面上的漫反射光經(jīng)積分球9積分后，由光電倍增管10接收將其轉(zhuǎn)化為光電流，該光電流經(jīng)光電信號(hào)放大電路12放大后，送入A／D變換器13中進(jìn)行變換，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)15讀入，獲得樣品的光譜信息，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出波長控制數(shù)Data，該Data數(shù)經(jīng)寄存器17輸入波長掃描控制電路22，由其產(chǎn)生一射頻信號(hào)用于控制AOTF對(duì)樣品進(jìn)行光譜掃描。這里，波長掃描控制電路為由D／A變換器18，電流／電壓變換電路19，射頻信號(hào)發(fā)生器20及射頻功率放大器21組成，其中的射頻信號(hào)發(fā)生器可以采用普通的射頻壓控振蕩器或者頻率合成器，圖示采用的是射頻壓控振蕩器。其工作過程是計(jì)算機(jī)發(fā)出的波長控制數(shù)Data經(jīng)過寄存器，由D／A變換器及電流／電壓變換電路變換為電壓控制信號(hào)V輸入射頻壓控振蕩器，它產(chǎn)生一決定AOTF濾光波長的射頻信號(hào)并經(jīng)放大，去驅(qū)動(dòng)AOTF對(duì)樣品進(jìn)行光譜掃描。AOTF的濾光通帶的中心波長是由射頻信號(hào)的頻率決定的，此處射頻壓控振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率由計(jì)算機(jī)發(fā)出的波長控制數(shù)Data經(jīng)變換后所獲的電壓V控制。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)出的波長控制數(shù)Data變化時(shí)，則產(chǎn)生的射頻信號(hào)的頻率也隨之發(fā)生變化，于是AOTF進(jìn)行光譜掃描的波長也作相應(yīng)改變，例如要求在4000～7000A°波長范圍內(nèi)，每隔100A°取一光譜測(cè)量點(diǎn)，進(jìn)行光譜掃描，測(cè)量色度，則只需要預(yù)先將AOTF各工作波長4000A°，4100A°……6900A°，7000A°所對(duì)應(yīng)的波長控制數(shù)Data存入計(jì)算機(jī)，光譜掃描時(shí)，計(jì)算機(jī)按要求順序發(fā)出波長控制數(shù)Data即可。計(jì)算機(jī)發(fā)Data數(shù)的相隔時(shí)間可以人為設(shè)定，使其在每讀入，數(shù)據(jù)處理一個(gè)光譜信息后，發(fā)出一Data數(shù)。但最好在計(jì)算機(jī)接口的譯碼電路16與A／D變換器13之間接入延時(shí)電路14，以使A／D變換器能自動(dòng)地在波長控制數(shù)Data發(fā)出一定時(shí)間后進(jìn)行采樣，變換。此間，計(jì)算機(jī)正好可對(duì)讀入的前一個(gè)光譜信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，色度計(jì)算，而在其發(fā)出新的Data數(shù)時(shí)，又可收到來自A／D變換器的前一個(gè)光譜信息，由此可見，由于延時(shí)電路的作用，在測(cè)量樣品光譜的任一時(shí)刻，可使其各路信號(hào)的傳輸、A／D變換器的模數(shù)變換，計(jì)算機(jī)的光譜處理，色度計(jì)算自動(dòng)形成流水作業(yè)同步進(jìn)行，更能大幅度提高測(cè)色速度，其測(cè)色時(shí)間可達(dá)毫秒甚至微秒量級(jí)，較傳統(tǒng)的光譜光度計(jì)比，測(cè)色所需時(shí)間可縮短幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
發(fā)明裝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，如圖2所示，為0／45照明方式的光路圖。計(jì)算機(jī)在獲取了樣品的光譜信息后，通過將其與已知白標(biāo)準(zhǔn)的光譜參數(shù)的參比，可以得到樣品的反射率ρ(λ)或透射率τ(λ)，運(yùn)用色度學(xué)中的刺激值公式X＝k∫780380Pe(λ)ρ(λ)x(λ)dλ
Y＝k∫780380Pe(λ)ρ(λ)y(λ)dλZ＝k∫780380Pe(λ)ρ(λ)z(λ)dλ即可計(jì)算出樣品的色度參數(shù)，得出物體的刺激值并進(jìn)一步計(jì)算出色度坐標(biāo)。
式中Pe(λ)為標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對(duì)功率分布，ρ(λ)為與照明方式相對(duì)應(yīng)的樣品的反射率因數(shù)，若為透射體，則用τ(λ)代之，x(λ)，y(λ)，z(λ)為標(biāo)準(zhǔn)觀察者的光譜刺激值，k為系數(shù)。
圖3示出了發(fā)明裝置中控制電路一種實(shí)例，計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線D0～D7向寄存器74LS373發(fā)波長控制數(shù)，由D／A變換器 MC1508L8變換為電流，又經(jīng)運(yùn)算放大器LM358轉(zhuǎn)化為控制射頻壓控振蕩器的電壓V，輸入射頻壓控振蕩器20，其產(chǎn)生的射頻信號(hào)經(jīng)射頻功率放大器21放大后，在P點(diǎn)輸出，驅(qū)動(dòng)AOTF對(duì)樣品進(jìn)行光譜掃描，本例使用了的是普通的射頻壓控振蕩器及功率放大器，其型號(hào)為“SGY－1”。光電倍增管10將測(cè)得的光電信號(hào)經(jīng)由三級(jí)運(yùn)算放大器組成的直流光電信號(hào)放大器12放大為0～5伏的采樣電壓信號(hào)，這一信號(hào)經(jīng)由延時(shí)電路74LS123控制起動(dòng)的A／D變換器ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)將讀取的光譜信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，色度計(jì)算。這里A／D，D／A變換器可以用8位，也可以用10位，12位或14位。
發(fā)明提供的測(cè)色裝置，由于采用了在可見光區(qū)能快速連續(xù)電調(diào)諧且便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)控的聲光可調(diào)諧濾光器(AOTF)作為光路的分光器件，所以可通過計(jì)算機(jī)來控制快速光譜掃描并進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)處理，從而大大減少了光譜掃描所需時(shí)間，提高了測(cè)色速度，為準(zhǔn)確、快速、實(shí)時(shí)測(cè)量顏色開辟了新途徑。本裝置可應(yīng)用于紡織，印染、印刷、照明光源的色度檢測(cè)、樣品快速色度分析等領(lǐng)域，也可用作快速光譜分析儀器，對(duì)樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)光譜分析，或用于生產(chǎn)線上對(duì)樣品成份的監(jiān)測(cè)，化學(xué)反應(yīng)過程中對(duì)生成物的實(shí)時(shí)檢測(cè)，光電探測(cè)器生產(chǎn)過程中的監(jiān)控等方面。
權(quán)利要求1.一種快速測(cè)色裝置，含有光路部分，其特征在于用聲光可調(diào)諧濾光器(AOTF)[5]作為光路中的分光器件進(jìn)行光譜掃描，其受控于驅(qū)動(dòng)控制電路，該控制電路包括a)光電倍增管[10]，光電倍增管電源[11]，光電信號(hào)放大電路[12]，將光轉(zhuǎn)化為光電信號(hào)并作放大。b)A/D變換器[13]，把光電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量讀入計(jì)算機(jī)[15]c)譯碼電路[16]d)寄存器[17]，寄存計(jì)算機(jī)發(fā)出的波長控制數(shù)Datae)波長掃描控制電路[22]，產(chǎn)生-射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光可調(diào)諧濾光器[5]進(jìn)行光譜掃描。
2.按權(quán)利要求1所述的測(cè)色裝置，其特征在于所說的波長掃描控制電路〔22〕由D／A變換器〔18〕，電流／電壓變換電路〔19〕，射頻信號(hào)發(fā)生器〔20〕及射頻功率放大器〔21〕組成。
3.按權(quán)利要求2所述的測(cè)色裝置，其特征在于所說的射頻信號(hào)發(fā)生器為射頻壓控振蕩器或頻率合成器。
4.按權(quán)利要求1所述的測(cè)色裝置，其特征在于在A／D變換器〔13〕與計(jì)算機(jī)接口的譯碼電路〔16〕之間接入一個(gè)延時(shí)電路〔14〕。
5.按權(quán)利要求1所述的測(cè)色裝置，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。
專利摘要“快速測(cè)色裝置”是一種測(cè)量顏色的光學(xué)裝置。由于該裝置采用了在可見光區(qū)能快速連續(xù)電調(diào)諧且便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)控的聲光可調(diào)諧濾光器(AOTF)作為光路的分光器件，所以可通過計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)快速光譜掃描并同時(shí)對(duì)光譜信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。使用該裝置能大幅度提高測(cè)色所需時(shí)間，較傳統(tǒng)光譜光度計(jì)比，其測(cè)色時(shí)間可縮短幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而為準(zhǔn)確、快速、實(shí)時(shí)測(cè)色開辟了新途徑。本裝置可廣泛用于紡織、印刷等色度檢測(cè)及快速色度、光譜分析等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01J3/46GK2031922SQ8820578
公開日1989年2月1日 申請(qǐng)日期1988年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月20日
發(fā)明者林中, 高貫虹 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)