一種基于復(fù)合led光源的光電積分式測(cè)色儀及其測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀及其測(cè)量方法，其中，所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀包括：積分球、在積分球的中心水平面上等角度地排列于積分球內(nèi)壁的LED光源、以及位于積分球內(nèi)壁且與材料表面法線方向呈8度夾角的探測(cè)器。本發(fā)明采用LED復(fù)合光源作為測(cè)量光源，通過調(diào)整LED復(fù)合光源的光譜分布，改變儀器的光譜響應(yīng)。由于本光電積分式測(cè)色儀的設(shè)計(jì)中不使用濾光片，可以在一個(gè)光電積分式測(cè)色儀上對(duì)被測(cè)樣品測(cè)量多種標(biāo)準(zhǔn)光源下的顏色數(shù)據(jù)，并且降低了儀器測(cè)量示值誤差，保證了良好的測(cè)試重復(fù)性，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀及其測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)色儀【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀及其測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]測(cè)色儀，廣泛應(yīng)用于塑膠、印刷、油漆油墨、紡織服裝等行業(yè)的顏色管理領(lǐng)域，可以測(cè)量出被測(cè)樣品的顏色數(shù)據(jù)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)手段中，光電積分式測(cè)色儀的光譜響應(yīng)取決于測(cè)量光源光譜、探測(cè)器的相對(duì)光譜靈敏度和濾光片的光譜透射比。在儀器光源和探測(cè)器選定了之后，通過匹配濾光片的光譜透過率使儀器的光譜響應(yīng)滿足盧瑟條件。由于通過鍍膜實(shí)現(xiàn)的濾光片對(duì)光線入射的角度要求較高，而顏色測(cè)量?jī)x器中濾光片需要測(cè)量不同方向入射的光線，所以顏色測(cè)量?jī)x器中的濾光片多采用多片有色玻璃匹配的方法實(shí)現(xiàn)。光電積分式測(cè)色儀，多采用鹵鎢燈或氙燈作為測(cè)量光源、采用硅探測(cè)器作為傳感器。在實(shí)際應(yīng)用中采用鹵鎢燈作為光源時(shí)，在可見光短波部分齒鎢燈的相對(duì)光譜分布值較低，而且硅探測(cè)器在短波部分的光譜響應(yīng)也相對(duì)較低，所以導(dǎo)致儀器在對(duì)顏色三刺激值中的Z值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果信噪比低，影響測(cè)量重復(fù)性；采用氙燈作為光源時(shí)，由于氙燈光譜曲線不平滑，導(dǎo)致所需濾光片的光譜透過率也是不平滑的，所以用多片有色玻璃進(jìn)行匹配得到所需濾光片的難度很大。另外一方面，由于有色玻璃的品種有限、加工復(fù)雜、穩(wěn)定性差，對(duì)有色玻璃進(jìn)行匹配修正時(shí)，很難找到匹配精度較好的方案，從而導(dǎo)致儀器測(cè)量存在較大示值誤差。用多片有色玻璃進(jìn)行匹配得到所需濾光片通常需要三片以上的濾光片進(jìn)行匹配，會(huì)導(dǎo)致濾光片透過率偏低，影響儀器測(cè)量的重復(fù)性。
[0004]有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀及其測(cè)量方法，以解決現(xiàn)有光電積分式測(cè)色儀采用鹵鎢燈或氙燈作為測(cè)量光源所存在的濾光片匹配難度大的問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案:
[0007]—種基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀,其中，包括:積分球、在積分球的中心水平面上等角度地排列于積分球內(nèi)壁的LED光源、以及位于積分球內(nèi)壁且與材料表面法線方向呈8度夾角的探測(cè)器；
[0008]其中，有復(fù)合LED光源的相對(duì)光譜分布應(yīng)滿足如下式所示的關(guān)系。
[0009]Lx(A)y(A) = Sd(A)X10(A)
[0010]Ly(A)y(A) = SD(A)y10(A)
[0011]L,(A)v(a) = Sd(A)Z10(A)
[0012]其中，LxU)，LyU)，LzU)為分別在測(cè)量顏色三刺激值X、Y、Z時(shí)LED復(fù)合光源的相對(duì)光譜分布；Y (λ)為傳感器的相對(duì)光譜響應(yīng)度；SdO)為為標(biāo)準(zhǔn)照明體D65的相對(duì)光譜功率分布3ιο(λ)，?ιο(λ), UA)為CIE1964標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜響應(yīng)；λ為可見光范圍內(nèi)的波長(zhǎng)，從380-780nm。
[0013]LED光源發(fā)出的光首先入射到積分球內(nèi)壁上，在積分球內(nèi)壁充分反射，對(duì)樣品進(jìn)行漫射照明，最終探測(cè)器接收光信號(hào)，并將其發(fā)送到相應(yīng)的處理系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到相應(yīng)的結(jié)果。
[0014]所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀，其中，所述LED光源的個(gè)數(shù)為31個(gè)，通過調(diào)整31個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)電流，獲得所需光譜分布。
[0015]所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀，其中，所述31個(gè)LED光源的峰值波長(zhǎng)分別為 400nm, 412nm, 424nm, 436nm, 448nm, 460nm, 472nm, 484nm, 496nm, 508nm, 520nm,532nm，544nm，556nm，568nm，580nm，592nm，604nm，616nm，628nm，640nm，654nm，668nm，678nm，692nm，711nm，727nm，740nm，752nm，765nm，780nmo
[0016]一種上述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其中，所述方法包括以下步驟:
[0017]S1、LED光源發(fā)出的光首先入射到積分球內(nèi)壁上，對(duì)樣品進(jìn)行漫射照明；
[0018]S2、探測(cè)器接收光信號(hào)，并將其發(fā)送到相應(yīng)的處理系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到相應(yīng)的結(jié)果。
[0019]所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其中，所述LED光源的個(gè)數(shù)為31個(gè)，通過調(diào)整31個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)電流，獲得所需光譜分布。
[0020]所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其中，包括:
[0021]LED復(fù)合光源光譜合成的數(shù)學(xué)模型為
[0022]S(A) =^Ki XSj(A)
[0023]其中，Ki ( λ )為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電流系數(shù)，Si ( λ )為L(zhǎng)ED的光譜分布函數(shù)。
[0024]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀及其測(cè)量方法，采用LED復(fù)合光源作為測(cè)量光源，通過調(diào)整LED復(fù)合光源的光譜分布，改變儀器的光譜響應(yīng)。由于儀器設(shè)計(jì)中不使用濾光片，應(yīng)用于光電積分式測(cè)色儀上，降低了儀器測(cè)量示值誤差，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1a為現(xiàn)有技術(shù)的探測(cè)器光譜相應(yīng)曲線的示意圖。
[0026]圖1b為現(xiàn)有技術(shù)中的鹵鎢燈光譜的示意圖。
[0027]圖1c為現(xiàn)有技術(shù)的鹵鎢燈濾光片的透過率的示意圖。
[0028]圖1d為現(xiàn)有技術(shù)的氙燈光譜的示意圖。
[0029]
[0030]圖2為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀中復(fù)合光源光譜的示意圖。
[0031]圖3a為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀中Lx光譜曲線的示意圖。
[0032]圖3b為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀中Ly光譜曲線的示意圖。
[0033]圖3c為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀中Lz光譜曲線的示意圖。
[0034]圖4為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的實(shí)施例的示意圖。
[0035]圖5為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的實(shí)施例中LED復(fù)合光源的排列的示意圖。
[0036]圖6為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法的流程圖。
[0037]圖7a為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀與標(biāo)準(zhǔn)儀器的X值測(cè)試結(jié)果的對(duì)比示意圖。
[0038]圖7b為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀與標(biāo)準(zhǔn)儀器的Y值測(cè)試結(jié)果的對(duì)比示意圖。
[0039]圖7c為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀與標(biāo)準(zhǔn)儀器的Z值測(cè)試結(jié)果的對(duì)比示意圖。
[0040]圖8a為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法中藍(lán)色LED光源采用單高斯擬合的示意圖。
[0041]圖Sb為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法中藍(lán)色LED光源采用左高斯右洛侖茲擬合的示意圖。
[0042]圖Sc為本發(fā)明提供的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法中藍(lán)色LED光源采用左洛侖茲右高斯擬合的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043]本發(fā)明提供一種基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀及其測(cè)量方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0044]首先，介紹一下光電積分式顏色測(cè)量的原理。光電積分式顏色測(cè)量是在整個(gè)測(cè)量波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)被測(cè)顏色的光譜能量進(jìn)行一次積分測(cè)量。按國(guó)際照明委員會(huì)(CIE, Internat1nal Commiss1n on Illuminat1n)所推薦的測(cè)色原理,在 D65 標(biāo)準(zhǔn)光源下對(duì)顏色標(biāo)準(zhǔn)三刺激值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀器的光譜靈敏度(光源、光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器三者的綜合響應(yīng))應(yīng)符合式(I)

【權(quán)利要求】
1.一種基于LED復(fù)合光源的光電積分式測(cè)色儀,其特征在于,包括:積分球、在積分球的中心水平面上等角度地排列于積分球內(nèi)壁的LED光源、以及位于積分球內(nèi)壁且與材料表面法線方向呈8度夾角的探測(cè)器； 其中，有LED復(fù)合光源相對(duì)光譜分布應(yīng)滿足如下式所示的關(guān)系。
其中，Lx ( λ )，Ly ( λ )，Lz ( λ )為分別在測(cè)量三刺激值X、Y、Z時(shí)LED復(fù)合光源的相對(duì)光譜分布；Y (λ)為傳感器的相對(duì)光譜響應(yīng)度；SdO)為為標(biāo)準(zhǔn)照明體D65的相對(duì)光譜功率分布；S1O(A)，Y10(A)，Z10W為CIE1964標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜響應(yīng)； LED光源發(fā)出的光首先入射到積分球內(nèi)壁上，對(duì)樣品進(jìn)行漫射照明，最終探測(cè)器接收光信號(hào)，并將其發(fā)送到相應(yīng)的處理系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到相應(yīng)的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀，其特征在于，所述LED光源的個(gè)數(shù)為31個(gè)，通過調(diào)整31個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)電流，獲得所需光譜分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀，其特征在于，所述31 個(gè) LED 光源的峰值波長(zhǎng)分別為 400nm, 412nm, 424nm, 436nm, 448nm, 460nm, 472nm, 484nm,496nm,508nm,520nm,532nm,544nm,556nm,568nm,580nm,592nm,604nm,616nm,628nm,640nm,654nm,668nm,678nm,692nm,711nm,727nm,740nm,752nm,765nm,780nmo
4.一種權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: SULED光源發(fā)出的光首先入射到積分球內(nèi)壁上，對(duì)樣品進(jìn)行漫射照明； S2、探測(cè)器接收光信號(hào)，并將其發(fā)送到相應(yīng)的處理系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到相應(yīng)的結(jié)果O
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其特征在于，所述LED光源的個(gè)數(shù)為31個(gè)，通過調(diào)整31個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)電流，獲得所需光譜分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其特征在于，包括: LED復(fù)合光源光譜合成的數(shù)學(xué)模型為
S ( λ ) = Σ Ki X Si ( λ ) 其中，Ki ( λ )為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電流系數(shù)，Si ( λ )為L(zhǎng)ED的光譜分布函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其特征在于，采用非對(duì)稱高斯模型來進(jìn)行擬合單個(gè)的LED光譜:采用左邊高斯分布右邊洛侖茲分布，如下式所示:
或左邊洛倫茲分布右邊高斯分布，如下所示:
其中，λ peak對(duì)應(yīng)為L(zhǎng)ED的峰值波長(zhǎng)，σ對(duì)應(yīng)其半高寬。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其特征在于，還包括: 對(duì)測(cè)量得到的每一個(gè)LED光譜分布分別應(yīng)用單高斯擬合、左高斯右洛侖茲擬合、左洛侖茲右高斯擬合三種方案進(jìn)行光譜擬合，選取擬合誤差最小的一個(gè)方案作為擬合確定方案， 即每個(gè) LED 的光譜分布為[S1(A)1S2(A)1S3(A)jiiijS31(A)]； 當(dāng)Σ St(A)-Sc(A) I =min取得最小值時(shí)，目標(biāo)光譜StU)與擬合光譜Sj λ)最為接近，計(jì)算此時(shí)Ki的最優(yōu)化解； 采用類似相對(duì)誤差的計(jì)量方法評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果S。( λ )和目標(biāo)光譜St ( λ )的一致性，求匹配精度下式所示:
其中，P為匹配精度。P越小，光譜一致性則越高。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于復(fù)合LED光源的光電積分式測(cè)色儀的測(cè)量方法，其特征在于，所述LED光源的個(gè)數(shù)為31個(gè)時(shí)，LED的驅(qū)動(dòng)電流的計(jì)算方法如下: 首先，對(duì)31種LED均用20mA電流驅(qū)動(dòng)，測(cè)量其光譜分布； 然后，對(duì)每種LED的光譜分布用分別應(yīng)用單高斯擬合、左高斯右洛侖茲擬合、左洛侖茲右高斯擬合三種方案進(jìn)行光譜擬合，選取擬合誤差最小的一個(gè)方案作為擬合確定方案，得到[S1(X)WUhS3Uh-^S31U)]； 再對(duì)下列公式進(jìn)行求解:
Lx (入)=[Lx (400) Lx (410) Lx (420)…Lx (780) ] T=S X Kx
Ly (入)=[Ly (400) Ly (410) Ly (420) -Ly (780) ] T=S X Ky
Lz (入)=[Lz (400) Lz (410) Lz (420)…Lz (780) ] T=S X Kz 求出電流系數(shù)Kx、KY、Kz的最優(yōu)化值； 即復(fù)合LED光源Lx中，每種LED的驅(qū)動(dòng)電流Ii=KjihZOmA復(fù)合LED光源Ly中，每種LED的驅(qū)動(dòng)電流IeKjihZOmA復(fù)合LED光源Lz中，每種LED的驅(qū)動(dòng)電流Ii=Kz [i] *20mA。
【文檔編號(hào)】G01J3/50GK104075806SQ201310754834
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】袁琨, 陳剛, 王堅(jiān) 申請(qǐng)人:杭州彩譜科技有限公司, 中國(guó)計(jì)量學(xué)院