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1、(10)申请公布号 CN 103900695 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103900695 A (21)申请号 201210589978.7 (22)申请日 2012.12.27 G01J 3/46(2006.01) (71)申请人 中国计量学院 地址 310018 浙江省杭州市江干区下沙学源 街 258 号 (72)发明人 鲁玉红 金尚忠 郑健 邵茂丰 (54) 发明名称 一种基于法布里 - 珀罗干涉器的光谱测色仪 (57) 摘要 本发明提供了一种基于法布里 - 珀罗干涉原 理的光谱测色仪。 它由光学系统、 电路系统和计算 机三部分组成。白光 LED 的光线通过光纤。
2、耦合进 入法布里-珀罗(F-P)可调滤波器， 由计算机驱动 控制电路调节法布里 - 珀罗滤波器的输出波长 ； 波长可调的单色光进入积分球内， 经匀光后照在 样品上。样品的反射光被放置于积分球顶端偏 8的光电探测器所接收， 探测器输出信号通过光 电转换、 放大、 A/D 转换， 计算机根据色度学公式 计算得到样品颜色。该光谱仪主要是能对颜色进 行快速， 便捷， 精确地测量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103900695 A C。
3、N 103900695 A 1/2 页 2 1. 一种基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 包括光学系统、 电路系统和计算机 三部分。其特征是光学系统包括白光 LED 光源 (1)、 可调滤波器 (2)、 积分球 (3)、 光电探测 器 (4) 和样品 (9) ； 电路系统包括放大电路 (5)、 A/D 转换 (6)、 控制模块 (7) ； 计算机 (8) 则 通过接口与电路系统相连， 用来操作和控制仪器的运行、 光谱测色数据采集、 处理、 存储、 显 示。 2. 根据权利要求书 1 所述的基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 其特征是可调 滤波器采用法布里 - 珀罗可调滤波器， 。
4、法布里 - 珀罗可调滤波器的两块平面镜内表面涂有 高反射材料， 通过改变两块平面镜之间的距离， 由 nh /2 实现波长可调。 3. 根据权利要求书 1 所述的基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 其特征是法布 里 - 珀罗可调滤波器由计算机驱动控制模块调节法布里 - 珀罗滤波器的输出波长。 4. 根据权利要求书 1 所述的基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 其特征是光源 采用白光LED， 所述白光LED由紫蓝光LED、 蓝光激发YAG荧光粉的pc-LED和红光LED构成， 其波长范围为 380nm-780nm。 5. 根据权利要求书 1、 4 所述的基于法布里 - 珀罗干涉原理。
5、的光谱测色仪， 其特征是 所述紫蓝光 LED 峰值波长为 390-420nm、 带宽 17-30nm 的 LED， 所述蓝光激发 YAG 荧光粉的 pc-LED 的色温为 3000-6000K， 所述红光 LED 峰值波长为 620-670nm、 带宽 17-30nm 的 LED。 6. 根据权利要求书 1 所述的基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 其特征是白光 LED 经可调滤波器后、 耦合到光纤、 入射到积分球内， 积分球直径为 40-70mm， 内涂硫酸钡、 氧化镁或聚四氟乙烯漫反射材料。经积分球匀光后照在样品上。样品的反射光被放置于积 分球顶端偏 8的光电探测器所接收， 探测器。
6、输出信号通过光电转换、 放大、 A/D 转换， 计算 机根据色度学公式计算得到样品颜色。 7. 根据权利要求书 1 所述的基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 其特征是在仪 器的测量窗口， 先后放置黑腔和标准漫反射白板， 作为光谱测量的 0 和标准光谱反射率曲 线进行校准。 8. 根据权利要求书 1 所述的基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 其特征是由被 测样品取代标准漫反射白板， 通过调节法布里 - 珀罗的出射波长， 测量出样品的光谱反射 比值 ()。然后根据三刺激值公式计算 获得色品坐标 ： 权 利 要 求 书 CN 103900695 A 2 2/2 页 3 从而根据色度学。
7、计算公式， 通过计算机显示出待测样品的颜色。 权 利 要 求 书 CN 103900695 A 3 1/3 页 4 一种基于法布里 - 珀罗干涉器的光谱测色仪 技术领域 0001 本发明涉及一种基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 属于光谱测色仪器领 域。 背景技术 0002 随着行业的发展， 颜色已经作为产品质量的重要指标之一， 因此需要测量颜色仪 器不断地发展来满足现实需求。 目前， 颜色的测量方法主要有目视法、 光电积分法和分光光 度法三种。传统的颜色测量仪器体积庞大， 造价贵， 不易于携带， 使得运用范围受到极大限 制。本发明提出了一种基于法布里 - 珀罗干涉原理的测色光谱仪， 。
8、它不仅制造成本低， 推广 面大， 而且体积小， 可以便携。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种基于法布里 - 珀罗干涉原理的光谱测色仪， 能对物体 表面颜色进行快速、 精确、 实时地测量。 0005 本发明主要由光学系统、 控制模块和计算机三部分组成 ； 光学系统包括白光 LED 光源(1)、 可调滤波器(2)、 积分球(3)、 光电探测器(4)和样品(9) ； 电路系统包括放大电路 (5)、 A/D 转换 (6)、 控制电路 (7) ； 计算机 (8) 则通过接口与电路系统相连， 用来操作和控制 仪器的运行、 光谱测色数据采集、 处理、 存储、 显示。 0006 可调滤波器由法布里。
9、 - 珀罗原理实现， 法布里 - 珀罗可调滤波器的两块平面镜内 表面涂有高反射材料， 通过改变两块平面镜之间的距离， 由 nh /2 实现波长可调， 其中 n、 h 分别为两块平面镜之间的介质折射率和间隔， 是输出波长。法布里 - 珀罗可调滤波 器由计算机驱动控制电路调节法布里 - 珀罗滤波器的输出波长。 0006 白光 LED 的光线通过光纤耦合进入法布里 - 珀罗 (F-P) 可调滤波器， 波长可调 的单色光进入积分球内， 经匀光后照在样品上。样品的反射光被放置于积分球顶端偏 8 度 的光电探测器所接收， 探测器输出信号通过光电转换、 放大、 A/D 转换， 计算机根据色度学公 式计算得到。
10、样品颜色。从而对颜色进行快速， 便捷， 精确地测量。 0007 光源采用白光 LED， 白光 LED 由紫蓝光 LED、 蓝光激发 YAG 荧光粉的 pc-LED 和红光 LED 构成， 所述紫蓝光 LED 峰值波长为 390-420nm、 带宽 17-30nm 的 LED， 所述蓝光激发 YAG 荧光粉的pc-LED的色温为3000-6000K， 所述红光LED峰值波长为620-670nm、 带宽17-30nm 的 LED， 构成波长范围为 380nm-780nm 的连续可见光。 0008 积分球作为光收集器， 其左边设有光纤固定座， 作为照明光入射 ； 顶端偏 8位置 布置光电探测器， 作。
11、为光信号探测用 ； 底部为测量窗口， 分别放置被测样品、 黑腔和标准漫 反射白板的参考样品。积分球直径为 40-70mm， 内涂硫酸钡、 氧化镁或聚四氟乙烯漫反射材 料。 0009 检测器采用硅光电池， 能够把光信号转变为电信号， 再通过放大、 A/D 转换器转变 为数字形式输出。 说 明 书 CN 103900695 A 4 2/3 页 5 0010 计算机通过接口与电路系统相连， 主要是用来操作和控制仪器的运行， 负责采集、 处理、 存储、 显示光谱数据。 0011 该测色仪采用光谱光度测色法， 在仪器的测量窗口， 先后放置黑腔和标准漫反射 白板， 作为光谱测量的 0 和光谱反射率标准曲线。
12、进行校准。接着， 由被测样品取代标准漫反 射白板和黑腔， 通过仪器扫描即可直接测量出样品的光谱反射比值 ()。然后根据三刺 激值公式计算 ： 其中 P() 为白光 LED 的相对光谱功率分布，为 CIE1931 标准色度观察 者色匹配函数。 然后根据已有的三刺激值， 导出色品坐标， 计算公式如下 ： 最后根据色度学公式通过计算机计算显示出待测样品的颜色。 0012 本发明主要是通过基于法布里 - 珀罗干涉原理的测色光谱仪对颜色进行快速， 便 捷， 精确地测量。 附图说明 0013 图 1 是本发明的整体结构示意图。 具体实施方式 0014 为了使本发明实现的技术手段与达成的功效易于明白了解， 。
13、下面结合具体实施 例， 进一步阐述本发明。 本发明由光学系统、 电路系统和计算机三部分组成 ； 光学系统包括白光 LED 光源 (1)、 可调滤波器 (2)、 积分球 (3)、 光电探测器 (4) 和样品 (9) ； 电路系统包括放大电路 (5)、 A/D 转换(6)、 控制模块(7) ； 计算机(8)则通过接口与电路系统相连， 用来操作和控制仪器的运 行、 光谱测色数据采集、 处理、 存储、 显示。样品 (9) 包括被测样品 (91)、 黑腔 (92)、 标准白 板 (93)。 可调滤波器由 MEMS 技术制造的法布里 - 珀罗滤波器， 法布里 - 珀罗可调滤波器的两块 平面镜内表面在可见区。
14、内的光谱反射率为 95， 通过改变两块平面镜之间的距离， 由 nh /2 实现波长可调， 其中 n、 h 分别为两块平面镜之间的介质折射率和间隔， 所用介质是空 气， n 1 ； h 的调节范围为 300.19-300.39um， 实现 380-780nm 的波长调节范围。 说 明 书 CN 103900695 A 5 3/3 页 6 光源采用白光 LED， 白光 LED 由紫蓝光 LED、 蓝光激发 YAG 荧光粉的 pc-LED 和红光 LED 构成， 所述紫蓝光 LED 峰值波长为 405nm、 带宽 22nm 的 LED， 所述蓝光激发 YAG 荧光粉的 pc-LED 的色温为 400。
15、0K， 所述红光 LED 峰值波长为 660nm、 带宽 30nm 的 LED， 构成波长范围 为 380nm-780nm 的连续可见光。 积分球直径为 50mm， 内涂硫酸钡漫反射材料， 从而构成基于法布里 - 珀罗干涉原理的 光谱测色仪。 测量时， 白光 LED 的光线通过光纤耦合进入法布里 - 珀罗 (F-P) 可调滤波器， 波长可调 的单色光进入积分球内， 经匀光后照在样品上。样品的反射光被放置于积分球顶端偏 8 度 的光电探测器所接收， 探测器输出信号通过光电转换、 放大、 A/D 转换， 计算机根据色度学公 式计算得到样品颜色。 首先在仪器的测量窗口分别放置黑腔和标准漫反射白板， 黑腔的漫反射率为 0， 标准漫 反射白板在整个可见区内的光谱反射率为 96， 从而对仪器校 0 和 96基线 ； 然后即可对 样品进行颜色测量。 说 明 书 CN 103900695 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103900695 A 7 。