[發明專利]基于LED光源的色彩設計實驗儀

有效

• 申請號: 201710753485.5
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107342008B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 代如成;張權;郭強;王中平;張增明;孫臘珍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G09B23/22
• 分類號: G09B23/22;G09B23/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;鄧治平

本發明公開了一種基于LED光源的色彩設計實驗儀，包括色光合成箱、直流穩壓電源和導軌，還包括白屏、照度計或微型光譜儀；所述色光合成箱內部裝設有三個相互夾角為120°的平光光管，色光合成箱的上面板是活動門帶有提手；色光合成箱前面板開有直徑10cm的圓型出光孔，色光合成箱的前面板內側有插槽，用于放置插板；色光合成箱的側面板有三個數顯電壓電流表；色光合成箱的后面板有四個LED電源插孔(三個正接線端和一個公用負接線端)，色光合成箱前放置一導軌，根據測試需求，導軌上可放置白屏、照度計或微型光譜儀的探頭，微型光譜儀連接電腦。本發明通過對光源結構設計，平行光管將LED的發散光轉換成平行光輸出，光束均勻、成像清晰、色彩鮮艷，易與原色對比。

技術領域

本發明涉及光學和電學領域的教學儀器的技術領域，具體涉及一種基于LED光源的色彩設計實驗儀。

背景技術

色度學是—門研究色彩計量的科學，其任務在于研究人眼彩色視覺的定性和定量規律及應用。無論是在紡織、印染、印刷、染料、涂料、塑料、食品、油漆、建筑等行業，還是在計量、醫學、電視、電影、照相、環境美化、交通訊號、產品鑒定以及遙感、信息處理和空間光學等各個領域，都離不開對顏色的測量和研究。物體顏色的定量度量是復雜的，它涉及到觀察者的視覺生理、視覺心理以及照明條件、觀察條件等許多問題。為了把“顏色”這個經過生理及心理等因素加工后的生物物理量變換到客觀的純物理量，從而能使用光學儀器對色光進行測量，得到一致的度量效果，指導人們對顏色的正確測量。國際照明委員會(簡稱CIE)規定紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色的波長分別為700nm、546.1nm、435.8nm，在顏色匹配實驗中發現，當這三基色光的相對亮度比例為1.0000：4.5907：0.0601時就能匹配出等能白光。CIE選取這一比例作為紅、綠、藍三基色的各自單位量，分別為(R)、(G)、(B)，即當顏色為等能白光時(R)：(G)：(B)＝1：1:：1。顯然，當(R)、(G)、(B)不等份時，混合為彩色光，可用顏色方程表示：

C＝R(R)+G(G)+B(B)

式中C表示為待配色光，(R)、(G)、(B)代表產生混合色的紅、綠、藍三基色的單位量，R、G、B分別為匹配待配色所需的紅、綠、藍三基色單位量的份數，相當于色光C中的權重，這個份數被稱為顏色刺激值。

在色度學實驗教學中，三基色原理演示儀主要采用紅、綠、藍三色轉盤進行轉動演示三基色原理(中國專利CN2222947Y)或以溴鎢燈為光源分別透過紅、綠、藍三基色的濾光片，形成紅、綠、藍三路光，再經成像透鏡會聚在一起進行三基色原理演示(中國專利CN2872508Y)。這兩種方法都存在缺陷，第一種方法在實驗中產生的灰白色光，和白光有差距；第二種方法在實驗中受到濾色片影子的影響，不易直觀的看到色光的混合，其演示效果差。而且這兩種方法都受構造所限，所需光學元件多，設備昂貴，操作較復雜。目前已開發出以LED為光源的三基色合成演示儀，中國專利(CN200997204Y)將紅、綠、藍LED分別呈同心圓環形布局(靶環狀)，每組圓環光源由同一顏色LED組成，通過三色LED光源重疊演示色光混合現象；中國專利(CN202473048U)將紅、綠、藍LED按照等邊三角形布局，經過透鏡會聚后，三色LED光源疊加混合成白光和彩色光，驗證色光的混合現象與規律。但是LED采用圓柱和圓球封裝，由于凸透鏡的作用，而具有很強的指向性，位于法向方向光強最大，其與水平面交角為90度。當偏離正法向不同角度，光強也隨之變化，故LED發光在空間各個方向上存在光強分布的，其發出的是非均勻的發散光。當三色LED光源混合時，光源交疊部分光強的非均勻性，導致合成光是漸變的顏色。這兩種方法存在相同的缺陷，人眼是難以辨識合成光的顏色、難以區分合成光與待配色光、合成光與基色光的差異，實驗現象不清晰、演示效果差；另外這兩種實驗裝置僅具有“色光合成”的演示功能，實驗內容比較單一。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種新的基于LED光源的色彩設計實驗儀，使得LED發出均勻平行的三基色光源，該實驗儀可用于色光合成和LED特性相關實驗教學，實驗現象清晰、內容豐富。