[发明专利]基于LED光源的色彩设计实验仪

说明书

本发明公开了一种基于LED光源的色彩设计实验仪，包括色光合成箱、直流稳压电源和导轨，还包括白屏、照度计或微型光谱仪；所述色光合成箱内部装设有三个相互夹角为120°的平光光管，色光合成箱的上面板是活动门带有提手；色光合成箱前面板开有直径10cm的圆型出光孔，色光合成箱的前面板内侧有插槽，用于放置插板；色光合成箱的侧面板有三个数显电压电流表；色光合成箱的后面板有四个LED电源插孔(三个正接线端和一个公用负接线端)，色光合成箱前放置一导轨，根据测试需求，导轨上可放置白屏、照度计或微型光谱仪的探头，微型光谱仪连接电脑。本发明通过对光源结构设计，平行光管将LED的发散光转换成平行光输出，光束均匀、成像清晰、色彩鲜艳，易与原色对比。

技术领域

本发明涉及光学和电学领域的教学仪器的技术领域，具体涉及一种基于LED光源的色彩设计实验仪。

背景技术

色度学是—门研究色彩计量的科学，其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。无论是在纺织、印染、印刷、染料、涂料、塑料、食品、油漆、建筑等行业，还是在计量、医学、电视、电影、照相、环境美化、交通讯号、产品鉴定以及遥感、信息处理和空间光学等各个领域，都离不开对颜色的测量和研究。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。为了把“颜色”这个经过生理及心理等因素加工后的生物物理量变换到客观的纯物理量，从而能使用光学仪器对色光进行测量，得到一致的度量效果，指导人们对颜色的正确测量。国际照明委员会(简称CIE)规定红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm，在颜色匹配实验中发现，当这三基色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时就能匹配出等能白光。CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三基色的各自单位量，分别为(R)、(G)、(B)，即当颜色为等能白光时(R)：(G)：(B)＝1：1:：1。显然，当(R)、(G)、(B)不等份时，混合为彩色光，可用颜色方程表示：

C＝R(R)+G(G)+B(B)

式中C表示为待配色光，(R)、(G)、(B)代表产生混合色的红、绿、蓝三基色的单位量，R、G、B分别为匹配待配色所需的红、绿、蓝三基色单位量的份数，相当于色光C中的权重，这个份数被称为颜色刺激值。

在色度学实验教学中，三基色原理演示仪主要采用红、绿、蓝三色转盘进行转动演示三基色原理(中国专利CN2222947Y)或以溴钨灯为光源分别透过红、绿、蓝三基色的滤光片，形成红、绿、蓝三路光，再经成像透镜会聚在一起进行三基色原理演示(中国专利CN2872508Y)。这两种方法都存在缺陷，第一种方法在实验中产生的灰白色光，和白光有差距；第二种方法在实验中受到滤色片影子的影响，不易直观的看到色光的混合，其演示效果差。而且这两种方法都受构造所限，所需光学元件多，设备昂贵，操作较复杂。目前已开发出以LED为光源的三基色合成演示仪，中国专利(CN200997204Y)将红、绿、蓝LED分别呈同心圆环形布局(靶环状)，每组圆环光源由同一颜色LED组成，通过三色LED光源重叠演示色光混合现象；中国专利(CN202473048U)将红、绿、蓝LED按照等边三角形布局，经过透镜会聚后，三色LED光源叠加混合成白光和彩色光，验证色光的混合现象与规律。但是LED采用圆柱和圆球封装，由于凸透镜的作用，而具有很强的指向性，位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90度。当偏离正法向不同角度，光强也随之变化，故LED发光在空间各个方向上存在光强分布的，其发出的是非均匀的发散光。当三色LED光源混合时，光源交叠部分光强的非均匀性，导致合成光是渐变的颜色。这两种方法存在相同的缺陷，人眼是难以辨识合成光的颜色、难以区分合成光与待配色光、合成光与基色光的差异，实验现象不清晰、演示效果差；另外这两种实验装置仅具有“色光合成”的演示功能，实验内容比较单一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新的基于LED光源的色彩设计实验仪，使得LED发出均匀平行的三基色光源，该实验仪可用于色光合成和LED特性相关实验教学，实验现象清晰、内容丰富。