光电测试技术-第3章 色度和光度测试技术(3／4)

第3章 色度和光度测试技术
§3-3 色度的测试方法和应用
1 积分球及其应用 积分球及其应用 照度均匀性证明 任意点M处照度E 任意点M处照度E由直射 照度E 照度E0和多次漫反射照度 EΣ两部分照度构成，即 两部分照度构成，
rA S3
dSA i1 ′
M
R O
i2 ′
A
i1
S2 i2
E = E0 + EΣ
N 积分球内光照度计算
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§3-3 色度的测试方法和应用
1 积分球及其应用 积分球及其应用 照度均匀性证明 先来求直射照度E 先来求直射照度E0：在S3范围内任意一点A处取小面元dSA， 范围内任意一点A处取小面元d 设到此面元上的总通量为d 设到此面元上的总通量为dφ，则位置A处的照度EA为： 则位置A处的照度E 积分球内壁可看成理想的漫反射体，所以在A处的亮度LA 积分球内壁可看成理想的漫反射体，所以在A处的亮度L 为：
E A = dφ / dS A
(式中ρ是漫反射系数)。 式中ρ是漫反射系数)
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LA = ρ E A / π
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§3-3 色度的测试方法和应用
1 积分球及其应用 积分球及其应用 照度均匀性证明 在考察位置M处取一小面元d 在考察位置M处取一小面元dSM，则由亮度为LA的面元 则由亮度为L dSA发出到达dSM面元上的光通量为 发出到达d 面元上的光通量 光通量为
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标准色度观 察者的光谱 三刺激值
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§3-3 色度的测试方法和应用
2 颜色的测量方法和仪器 ①色度计 光电色度计有四个探测 器和三个探测器之分。 器和三个探测器之分。
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CIE1931标准色度观察者 光谱三刺激值曲线
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L0 dφ1 L0 dS N cos i2 dS M cos i2 ' dE1 = = = dS N 2 2 dS M dSM 4 R cos i2 cos i2 ' 4 R 2010-10-15 7
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§3-3 色度的测试方法和应用
1 积分球及其应用 积分球及其应用 照度均匀性证明 求多次漫反射照度E 由整个积分球内壁漫反射， 求多次漫反射照度EΣ。由整个积分球内壁漫反射，在位置 M处形成的总的一次照度E1为 处形成的总的一次照度E ρ E0 ρ E0 ρ E0 E1 = dS N = S= (1 f ) S1 2 ∫S 2 4π R 4π R 4π R 将
ρ (1 f ) EΣ = E1 + E2 + E3 + = E0 1 ρ (1 f )
1 ρφ E = E0 + EΣ = E0 = 1 ρ (1 f ) 4π R 2 [1 ρ (1 f )]
在考察位置M处的总照度E 在考察位置M处的总照度E 为
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∑ ∑
仪器内部光源的 2010-10-15 光谱功率分布
K Z S A (λ )τ Z (λ ) (λ ) = SC (λ )z (λ ) ν
ν KY S A (λ )τ Y (λ ) (λ ) = SC (λ ) y (λ )
ν K X S A (λ )τ X (λ ) (λ ) = SC (λ )x(λ )
U-3400型分光光度计的光学系统原理图 3400型分光光度计的光学系统原理图
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§3-3 色度的测试方法和应用
3 测色应用例——有色光学玻璃的色度测量 测色应用例——有色光学玻璃的色度测量 首先应测量出它的光谱透射比数据； 首先应测量出它的光谱透射比数据； 根据前面介绍的CIE色度计算方法 色度计算方法， 根据前面介绍的CIE色度计算方法，计算出在某种光 源照射下的颜色三刺激值和色品坐标； 源照射下的颜色三刺激值和色品坐标； 并进一步地可以得到描述颜色的色品特征的两个指标， 并进一步地可以得到描述颜色的色品特征的两个指标， 即主波长和色纯度。 即主波长和色纯度。 计算例参见书上的例子。 计算例参见书上的例子。
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§3-3 色度的测试方法和应用
1 积分球及其应用 积分球及其应用 照度均匀性证明 求多次漫反射照度E 内壁上任一位置N得到来自S 求多次漫反射照度EΣ。内壁上任一位置N得到来自S3的直 射光后，再次漫反射并直接到达考察位置M的光，这部分 射光后，再次漫反射并直接到达考察位置M的光， 称为一次附加照度E 称为一次附加照度E1。 由于N处同样得到直射照度E 则亮度L 由于N处同样得到直射照度E0，则亮度L0为 L0 = ρ E0 / π 在N处取面元dSN ，从dSN处发出在位置M处形成的一次附 处取面元d 处发出在位置M 加照度d 加照度dE1表示为
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§3-3 色度的测试方法和应用
M6 M3
G1 G2 D2 M1 WI A CH P S2 S1 M2 M4 M5 M7 M11 S3 M8 M9 M10 试 样 室 M14 M15
M12 M16 PbS PMT M13
WI-碘钨灯 D2－重氢灯 CH－机械遮光器 S1, S2, S3-狭缝 M－反射镜（M7, CH－ 反射镜（ M9－柱面镜，M8－玻璃调制盘） P－色散棱镜 G1, G2－光栅 PbS－硫化 柱面镜， 玻璃调制盘） PbS－ PMT－ 铅探测器 PMT－光电倍增管
S1 = 4π R 2
E1 = ρ (1 f ) E0
代入上式得
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1 积分球及其应用 积分球及其应用 照度均匀性证明 求多次漫反射照度E 求多次漫反射照度EΣ。 于是： 于是： En = ρ (1 f ) En-1 = [ ρ (1 f )]n E0 那么
§3-3 色度的测试方法和应用
1 积分球及其应用 用途： 用途：
1 带有准直物镜、 带有准直物镜、 灯泡和黑、 灯泡和黑、白塞 子的积分球体称 为球形平行光管 2 3 5 4
a）光接收器 b）均匀亮物面
3-开孔塞子
c）球形平行光管
4-牛角形消光管 5-准直物镜
1-硒光电池 2-光源
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目视测色法 主观的） （主观的） 物理测色法 客观的） （客观的）
分光测色仪
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色度计
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§3-3 色度的测试方法和应用
探测器的光 2 颜色的测量方法和仪器 ： 比对下式： 比对下式 谱灵敏度 ①色度计 X = k (λ)x(λ)λ 光电色度计可以由仪器的响应值直接得到颜色的三刺激值。 光电色度计可以由仪器的响应值直接得到颜色的三刺激值。 λ 光电色度计由照明光源、校正滤光器、探测器组成。 光电色度计由照明光源、校正滤光器、探测器组成。关键问 选定CIE推荐的 选定 推荐的 = k τ (λ)Sc (λ)x(λ)λ 标准照明体的 题是设计修正照明光源和探测器光谱特性的校正滤光器。 题是设计修正照明光源和探测器光谱特性的校正滤光器。 校正滤光器的 核心问题： 核心问题： 光谱功率分布 光谱透射比 λ 为了模拟标准观测者在标准照明体下观察物体颜色特性， 为了模拟标准观测者在标准照明体下观察物体颜色特性， 色度仪器的总光谱灵敏度必须符合卢瑟条件。 色度仪器的总光谱灵敏度必须符合卢瑟条件。卢瑟条件是 知道： 滤光器的设计 知道：仪器的各个探测器所测得的电信号 为比例常数 值正比例于物体颜色的三刺激值。 值正比例于物体颜色的三刺激值 校正滤光器设计的基础， 校正滤光器设计的基础，以公式表示如下 。
LA dSA cos i1dS M cos i1 ' d φA = 2 rA
照度为： 照度为：
dφ A LAdS A cos i1 cos i1' LAdS A dE0 = = = 2 dS M rA 4R2
于是： 于是：
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ρ E0 = 4π R 2
∫
S3
ρφ dφ = 4π R 2
2 颜色的测量方法和仪器 ①色度计 基本结构： 基本结构： 特点： 特点： 方便 现场使用 准确度不高 常用于比较两种颜色
Z Y
光源 积分球
X
透射样品
平衡用光电管
反射样品
Y
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光电色度计的光学系统图
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§3-3 色度的测试方法和应用
2 颜色的测量方法和仪器 ②测色分光光度计 利用测色分光光度计可以测量物体的透射色和反射色。 利用测色分光光度计可以测量物体的透射色和反射色。 原理：这类仪器不是直接测量颜色的三刺激值， 原理：这类仪器不是直接测量颜色的三刺激值，而是测量物 CIE 体的光谱反射率或光谱透射特性，再用前述的CIE推荐的标 体的光谱反射率或光谱透射特性，再用前述的CIE推荐的标 准照明体和标准色度观察者的光谱三刺激值， 准照明体和标准色度观察者的光谱三刺激值，利用公式计算 求得被测颜色的三刺激值。 求得被测颜色的三刺激值。 与色度计方式测色比较，其特点： 与色度计方式测色比较，其特点： 测量准确度高， 测量准确度高， 仪器复杂和昂贵， 仪器复杂和昂贵， 数据处理也较复杂
光电测试技术
第3章 色度和光度测试技术
哈尔滨工业大学
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测试方法和应用
1 积分球及其应用 积分球及其应用 在色度与光度测量装置中广泛使用积分球部件。 在色度与光度测量装置中广泛使用积分球部件。 结构特点