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专利名称：便携式多功能光纤比色计的制作方法
技术领域：
本发明属于光学颜色测量领域，具体涉及一种便携式多功能光纤比色计。
背景技术：
颜色测量广泛应用于环境监测，化学组分判别及医疗美容美白等领域。传统的颜 色测量仪器采用各种光谱仪，光谱仪具有结构复杂、体积庞大、成本高、不适用于常规的颜 色检测。通常采用人眼进行直接观察，不可避免引入主观判别误差。为克服传统仪器在测 量颜色的不足，利用光纤传感技术和计算机测色配色技术发明出一种小型化便捷式光纤比 色计。

发明内容
本发明在于制备一种便携式多功能光纤比色计，该比色计由发射光纤(1)、耦合透 镜(2)、LED白光光源(3)、稳压电源(4)、接收光纤(5)、准直透镜(6)、光阑(7)、TCS230颜 色传感器(8)、单片机(9)、RS232串口(10)和液晶显示屏(11)所组成；其中，发射光纤(1) 和接收光纤( 组成探头；LED白光光源( 通过发射光纤(1)对被测物进行主动式照明， 探头采用光纤柔性连接，光纤探头能够任意弯曲，满足对不同角度测量，且能够深入被测物 腔孔内部进行探测；探头前有可伸缩套筒，探头隐藏于套筒内3 5mm，探头不受外部环境 的影响；套筒前端安装软塑料或者猪鬃套的头套，以适应不同表面的检测；根据被测对象 的不同，输入不同形式的比色卡�？椋�单片机对检测结果进行自动判别检测，避免人为主观 因素引起的判读误差。本发明还可以采用上述光纤比色计进行比色的方法，包括以下步骤1)将发射光纤靠近被测样品上，打开光源开关，LED白光光源C3)发出的白光经耦 合透镜O)，进入发射光纤(1)，并从传导光纤的公共端出射照到被测对象(13)上，反射光 被光纤二次接收，经接收光纤( 和准直透镜(6)及光阑(7)后照射到TCS230颜色传感器 ⑶上；2)根据被测物的外形特征调整探头的角度，逐渐改变光源亮度，使得TCS230颜色 传感器能够接收到清晰待测物的反射光；通过软件控制单片机内部D/A转换器调节光源的 亮度，使传感器在无滤镜情况下通过白光直射，输出的方波频率达到TCS230颜色传感器说 明书上提供的白光标准频率20kHz，即完成了白平衡调节，在此基础上可以进行颜色测量；:3)TCS230传感器拥有红、绿、蓝三个原色的滤镜，测量时，分别选择不同滤镜， TCS230传感器将根据光强持续输出一定频率的方波脉冲，根据输出的方波频率与红、黄、蓝 三原色标准频率相比较，单片机解算出输入光对应的RGB值；计算公式如下R = fred/frtX255G = fgreen/fgtX255B = fblue/fbtX 255
其中RGB分别为红、绿、蓝三种色光的色度值；fred, fgreen, fblue分别是选通红、绿、蓝滤镜时输出的方波频率；frt, fgt，fbt分别是红、绿、蓝滤镜对应的方波输出标准频率值，其中，红光的标准频 率值为19kHz，绿光的标准频率值为13. 6kHz，绿光的标准频率值为16. 4kHz。本发明还可以采用上述光纤比色计进行检测牙齿美白的方法，包括以下步骤1)将发射光纤靠近被测样品上，打开光源开关，LED白光光源C3)发出的白光经耦 合透镜O)，进入发射光纤(1)，并从传导光纤的公共端出射照到被测对象(13)上，反射光 被光纤二次接收，经接收光纤( 和准直透镜(6)及光阑(7)后照射到TCS230颜色传感器 ⑶上；2)根据被测物的外形特征调整探头的角度，逐渐改变光源亮度，使得TCS230颜色 传感器可以接收到清晰待测物的反射光；通过软件控制单片机内部D/A转换器调节光源的 亮度，使传感器在无滤镜情况下通过白光直射，输出的方波频率达到TCS230颜色传感器说 明书上提供的白光标准频率20kHz，即完成了白平衡调节，在此基础上可以进行颜色测量；:3)TCS230传感器拥有红、绿、蓝三个原色的滤镜，测量时，分别选择不同滤镜， TCS230传感器将根据光强持续输出一定频率的方波脉冲，根据输出的方波频率与红、黄、蓝 三原色标准频率相比较，单片机解算出输入光对应的RGB值；计算公式如下R =f / 丄 red.'frtX255
G =f 丄 greei/fgtX255
B =f iWue'/fbt X 255其中RGB分别为红、绿、蓝三种色光的色度值；fred, fgreen, fblue分别是选通红、绿、蓝滤镜时输出的方波频率；frt, fgt，fbt分别是红、绿、蓝滤镜对应的方波输出标准频率值，其中，红光的标准频 率值为19kHz，绿光的标准频率值为13. 6kHz，绿光的标准频率值为16. 4kHz ；；4)为衡量检测结果，引入国际上通用的VITA比色卡，VITA比色卡由浅至深分为16 个色阶，用本比色计预先录入各色阶的频率值范围并存储，测量的过程中，通过对被测牙齿 的RGB值与比色卡的存储数据对比，得出对应比色卡的色阶，确定被测牙齿的颜色即所属 范围，避免了由于人为主观因素判别引起的误差。根据色度学原理，利用CIE标准推荐的XYZ表色系统，标准照明光源和探测条件就 能确定反映颜色信息的三刺激值X，Y，Z和色差，由此得到色品坐标，经过色度空间变换得 到被测物不同区域色度空间的各参数，实现被测物不同区域颜色的高分辨率测量。在XYZ 表色系统中，任何一种颜色光C可以表示为C = X+Y+Z而颜色的三刺激值有下列正比关系
780_X = Κ^Ε(λ)Κ(λ)χ(λ)Αλ
380
780一Y = Κ^Ε(λ)Κ(λ)γ(λ)Αλ
权利要求
1.一种便携式多功能光纤比色计，其特征在于该比色计由发射光纤(1)、耦合透镜 (2)、LED白光光源(3)、稳压电源(4)、接收光纤(5)、准直透镜(6)、光阑(7)、TCS230颜色 传感器(8)、单片机(9)、RS232串口(10)和液晶显示屏(11)所组成；其中，发射光纤(1) 和接收光纤( 组成探头；LED白光光源( 通过发射光纤(1)对被测物进行主动式照明， 探头采用光纤柔性连接，光纤探头能够任意弯曲，满足对不同角度测量，且能够深入被测物 腔孔内部进行探测；探头前有可伸缩套筒，探头隐藏于套筒内3 5mm，探头不受外部环境 的影响；套筒前端安装软塑料或者猪鬃套的头套，以适应不同表面的检测；根据被测对象 的不同，输入不同形式的比色卡�？椋�单片机对检测结果进行自动判别检测，避免人为主观 因素引起的判读误差。
2.一种采用如权利要求1所述的光纤比色计进行比色的方法，其特征在于包括以下步骤1)将发射光纤靠近被测样品上，打开光源开关，LED白光光源C3)发出的白光经耦合透 镜O)，进入发射光纤(1)，并从传导光纤的公共端出射照到被测对象(13)上，反射光被光 纤二次接收，经接收光纤( 和准直透镜(6)及光阑(7)后照射到TCS230颜色传感器(8) 上；2)根据被测物的外形特征调整探头的角度，逐渐改变光源亮度，使得TCS230颜色传 感器能够接收到清晰待测物的反射光；通过软件控制单片机内部D/A转换器调节光源的亮 度，使传感器在无滤镜情况下通过白光直射，输出的方波频率达到TCS230颜色传感器说明 书上提供的白光标准频率20kHz，即完成了白平衡调节，在此基础上可以进行颜色测量；3)TCS230传感器拥有红、绿、蓝三个原色的滤镜，测量时，分别选择不同滤镜，TCS230 传感器将根据光强持续输出一定频率的方波脉冲，根据输出的方波频率与红、黄、蓝三原色 标准频率相比较，单片机解算出输入光对应的RGB值；计算公式如下R =f / ± red.'frtX255G =f 丄 greei/fgt X 255B =f " "blue'/fbt X 255其中RGB分别为红、绿、蓝三种色光的色度值； fred, fgreen, fblue分别是选通红、绿、蓝滤镜时输出的方波频率； frt, fgt，fbt分别是红、绿、蓝滤镜对应的方波输出标准频率值，其中，红光的标准频率值 为19kHz，绿光的标准频率值为13. 6kHz，绿光的标准频率值为16. 4kHz。
3. 一种采用如权利要求1所述的光纤比色计进行检测牙齿美白的方法，其特征在于包 括以下步骤1)将发射光纤靠近被测样品上，打开光源开关，LED白光光源C3)发出的白光经耦合透 镜O)，进入发射光纤(1)，并从传导光纤的公共端出射照到被测对象(13)上，反射光被光 纤二次接收，经接收光纤( 和准直透镜(6)及光阑(7)后照射到TCS230颜色传感器(8) 上；2)根据被测物的外形特征调整探头的角度，逐渐改变光源亮度，使得TCS230颜色传 感器可以接收到清晰待测物的反射光；通过软件控制单片机内部D/A转换器调节光源的亮 度，使传感器在无滤镜情况下通过白光直射，输出的方波频率达到TCS230颜色传感器说明书上提供的白光标准频率20kHz，即完成了白平衡调节，在此基础上可以进行颜色测量；3)TCS230传感器拥有红、绿、蓝三个原色的滤镜，测量时，分别选择不同滤镜，TCS230 传感器将根据光强持续输出一定频率的方波脉冲，根据输出的方波频率与红、黄、蓝三原色 标准频率相比较，单片机解算出输入光对应的RGB值； 计算公式如下R =f / iredZ'frtX255G =f 丄 greei/fgt X 255B =f " "blue'/fbt X 255其中RGB分别为红、绿、蓝三种色光的色度值； fred, fgreen, fblue分别是选通红、绿、蓝滤镜时输出的方波频率； frt, fgt，fbt分别是红、绿、蓝滤镜对应的方波输出标准频率值，其中，红光的标准频率值 为19kHz，绿光的标准频率值为13. 6kHz，绿光的标准频率值为16. 4kHz ；；4)为衡量检测结果，引入国际上通用的VITA比色卡，VITA比色卡由浅至深分为16个 色阶，用本比色计预先录入各色阶的频率值范围并存储，测量的过程中，通过对被测牙齿的 RGB值与比色卡的存储数据对比，得出对应比色卡的色阶，确定被测牙齿的颜色即所属范 围，避免了由于人为主观因素判别引起的误差。
全文摘要
本发明涉及一种便携式多功能光纤比色计，该比色计由双通道光路系统、多功能探头、光纤与仪器的接口设计、耦合透镜、准直透镜、颜色传感器、放大电路、低功耗单片机及其程序、上位机程序等组成，可测定大部分环境下物体颜色的RGB值，继而确定其颜色，同传统颜色测量仪器相比，本发明具有结构简单、灵敏度高、抗干扰能力强、体积小、多角度测试等特点，可广泛应用于临床牙齿测量配色和美容美白检测等医学领域。
文档编号G01J3/52GK102141441SQ20101059555
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者刘红, 周娜, 安志勇, 张涛, 李丽娟, 杨淑娟, 王劲松, 王松, 高瑀含, 鲁新宇 申请人:长春理工大学