光的色度研究Word文档下载推荐.docx

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2011-12-16

一、实验目的

1、了解并掌握测色原理；

2、了解1931CIExyz色度图的作用；

3、计算三个样品滤色镜的色度值；

4、研究几个不同颜色反射物的反射谱并计算其色度值。

2、实验原理

1、色度原理

1.1色度学的两个实验结论

通过大量的有关人眼对颜色的实验，可总结出两个基本的实验事实：

一个是颜色的三基色原理，即任何颜色都可以用不多于三种的合适的单色光按一定比例混合得到，这三种单色光一般选取R、G、B三色；

另一个是配色原理，即颜色的加法和减法法则，加法法则是指在人眼的观察下，颜色的混合满足相加关系，而减法法则是指混合各种比例的绘画颜料或染料时的混色规律。

1.2颜色的测量和表示

物体颜色的定量度量是复杂的，它涉及到观察者的视觉生理、视觉心理以及照明条件、观察条件等许多问题，为了能够得到一致的度量效果，1931年国际照明委员会规定了一套标准色度系统，称为1931CIE标准色度系统。

本校所用色度实验装置采用的表色系统是1931CIE－XYZ系统，实验时通过光谱仪、接收器和电控箱对反射光信息进行采集并输入电脑，然后可直接在电脑上由配套软件用CIE1931色度图进行分析，最后在说明反射光颜色时，可通过计算所得主波长、饱和纯度、色度纯度和色度坐标来表示。

主波长决定反射光的色调，指的是该色光光谱成分中最占优势的某一种光谱色的波长；

饱和纯度也称为色纯度，代表反射光所呈现颜色的深浅或纯洁程度；

色度纯度是指主波长的光谱色在样品中所占亮度的比例；

色度坐标决定反射光颜色在色度图中位置，在色度图上可反映出色调和饱和度。

2、色度实验系统的结构原理

2.1基本组成

WGS－9型色度实验系统，由光栅单色仪（光谱仪），接收单元，扫描系统*，电子放大器*，A/D采集单元*，计算机及打印机*组成。

该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。

各部分之间的连接如下图（各部分的连线插头均唯一，不会出现插错现象）：

图４WGS-9型色度实验系统连线图

2.2仪器结构

光谱仪部分有以下几部分组成：

单色器外壳，狭缝，吸收池，积分球，接收单元，光栅驱动系统以及光学系统等。

1）仪器采用双出缝的方式，使得在不同模式测量时，即能有较方便的操作，又能提供足够的能量，使得在测量中，有较好的信噪比。

图５谱仪外形图

2）固/液体样品池：

采用液体样品池、固体样品架以及光栏组合的方式，使得固/液体都能方便的测量，光栏的存在，使得对固体样品的大小要求较低（直径大于5mm）。

内部结构图外形图

图６样品池

3）

反射测量装置

图７反射测量装置

4）仪器采用如图８所示“正弦机构”进行波长扫描，丝杠由步进电机通过同步带驱动，螺母沿丝杠轴线方向移动，正弦杆由弹簧拉靠在滑块上，正弦杆与光栅台联接，并绕光栅台中心回转，从而带动光栅转动，使不同波长的单色光依次通过出射狭缝而完成“扫描”。

5）5）狭缝为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。

为延长使用寿命，调节时注意最大不超过2.5mm，平日不使用时，狭缝最好开到0.1－0.5mm左右。

扫描结构

光栅转台

图８正弦机构图

6）为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片插入入缝插板上。

7）光源系统

溴钨灯电源面板

溴钨灯电源背面图

溴钨灯外形图

图９溴钨灯及滤光片插入结构

8）电控箱：

控制谱仪工作，并把采集到的数据及反馈信号送入计算机。

图１０电控箱

3．光路系统

单色器的光路图如下图１１，采用的是光栅分光系统（C-T型）。

M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅、Z转镜

S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3观察口、S样品池

图１１光路图

入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上或S3上（通过转镜调节）。

M2、M3焦距302.5mm

光栅G每毫米刻线1200条闪耀波长550nm

滤光片工作区间白片350－700nm（共1片）

三、实验内容及步骤

1、一般实验的操作步骤

1）检查连线是否正确。

2）打开仪器电源。

3）启动计算机控制软件。

4）测量计算。

5）关闭计算机控制软件。

6）关闭仪器。

2、发光体的测量方法

1）在开机的情况下，检查是否使用的是出缝1，若不是把转镜拨到出缝1上。

2）把光源换为待测发光体。

3）在“发光体”模式下测量发光体的能量曲线。

4）打开“色度计算”窗口，选择寄存器和等能光源后，计算该发光体在等能光源下的色度坐标及其它参数。

3、透射样品的测量方法

1）在开机的情况下，检查是否使用的是出缝1。

2）样品池置空，调节负高压及狭缝，使测量到的反射基线比较大，但信号又没溢出（此步骤可能要反复做几遍才能得到理想的结果）。

3）上面确定的条件不变的情况下，做透射基线（即环境本底的测量，以便数据采集系统自动扣除）。

4）放入三基色滤光片，测量透射率。

5）打开“色度计算”窗口，选择寄存器和参照光源（本实验为标准A光源：

溴钨灯）后，计算该样品在参照光源下的色度坐标及其它参数。

4、反射样品的测量方法

1）在开机的情况下，检查是否使用的是出缝2，若不是把转镜拨到出缝2上。

2）放入标准白板，调节负高压及狭缝，使测量到的透射基线比较大，但信号又没溢出（此步骤可能要反复做几遍才能得到理想的结果）。

3）上面确定的条件不变的情况下，使用标准白板做反射基线。

4）放入几种不同颜色的平面样品，测量样品的反射率。

打开“色度计算”窗口，选择寄存器和参照光源后，计算这些样品在参照光源下的色度坐标及其它参数。

四、注意事项

1、扳动扳手要轻扳轻放，移动光源要注意安全。

2、为延长使用寿命，狭缝调节时注意最大不超过2mm，平日不使用时，狭缝最好开到0.1～0.5mm左右。

3、为保护CCD接收系统，请避免强光直射入缝。

5、实验数据

色度计算的参数

计算结果：

参考光源：

标准A光源

主波长：

-500.0nm

兴奋纯度：

24.8%

亮度：

51.9%

色坐标：

x:

0.4478y:

0.2748z:

0.1897

6、实验结论

此测量结果与我们的日常经验是基本吻合的，我们平时看到的红色纸板，之所以认为它是红色，就是因为其反射光为红色，绿色、蓝色纸板也是同样的道理。

但结果和经验也有差异，结果分析出三种颜色纸板上的反射光颜色均较浅，可是人眼观察时三个纸板颜色并不浅，原因为何呢？

这主要是因为光谱仪的反射测量装置中采用了积分球。

在采集反射光时，纸板表面上方任意方向的反射光基本上都会经由积分球的内表面反射后进入接受器，也就是说反射光的色度分析结果反映的是对各方向反射光综合分析的颜色结果。

而人眼在观察某个纸板颜色时，颜色是和观察的角度、位置息息相关的，因为不同方向上的反射光光谱成分及能量都会有所不同，所以摄入人眼的反射光仅能反映物体颜色的某一方向的一部分信息，这就造成了色度分析结果与人眼观察结果之间的差别。