分光測色儀的工作原理及測色系統(tǒng)的組成

分光測色儀是色彩管理中常用的儀器，該儀器不僅可以進(jìn)行顏色分析，還可以進(jìn)行色差的管理，是顏色量化管理中比較重要的儀器。本文對分光測色儀的工作原理及測色系統(tǒng)的組成做了簡要的介紹。

分光測色儀的工作原理：

分光測色儀是顏色測量最基本的儀器，對物體的反射光或透射光進(jìn)行測量。它由光源、分光模塊和電子線路控制模塊三部分組成。其中光源為系統(tǒng)提供CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體；分光模塊通過分光器件采集經(jīng)待測物體反射或透射的光的光譜強(qiáng)度值進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的電信號傳輸?shù)诫娮泳€路模塊；電子線路模塊對電信號進(jìn)行處理得到測量物體的光譜輻亮度因素或光譜透射比。通過測量物體的光譜反射或光譜透射特性，也就是測量物體的光譜輻亮度因素或光譜透射比，再選用CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)觀察者，通過積分運算求得顏色的三刺激值。通過對物體顏色三刺激值的測量來確定顏色，將人眼從顏色測量中解放了出來。

分光測色儀測色系統(tǒng)的組成：

分光測色儀由照明光源、提供單色光的色散系統(tǒng)和對通過儀器的光輻射進(jìn)行測量的探測系統(tǒng)組成，具體如下：

1.照明光源

光源必須在儀器的整個波長范圍內(nèi)發(fā)出連續(xù)的光輻射，并且有足夠的強(qiáng)度，在每一波長上都應(yīng)有足夠的能量，使探測元件有滿意的信噪比。CIE中，光源定義為物理輻射體；照明體定義為特定的光譜分布，這樣的光譜分布不一定能用一個具體的光源來實現(xiàn)。CIE規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)照明體，有A、B、C、D、E。標(biāo)準(zhǔn)照明體D代表各時相日光的相對光譜功率分布（又稱為典型日光、重組日光）。D55、D65、D75的相對光譜功率分布作為代表日光的標(biāo)準(zhǔn)照明體，相當(dāng)于相關(guān)色溫5504k、6504k、7504k的D照明體。模擬 D65的人工光源有：帶濾光器的高壓氙弧燈、帶濾光器的白熾燈、帶濾光器的熒光燈。

2.測量幾何條件

使用分光測色儀進(jìn)行測量時，光源照明和探測器收集光能必須滿足一定的幾何條件：

在對透射樣品測量中，一般采用對樣品垂直方向照明，透射方向探測照明光束的光軸與樣品表面的法線不超過10°，照明光束中任一光線與光軸的夾角不應(yīng)超過5°（不適合于漫透射物體色）；在對反射樣品（不透明物體）測量中，有四種測色的標(biāo)準(zhǔn)照明和觀察條件：垂直/45°（0/45）、45°/垂直（45/0）、漫射/垂直（d/0）、垂直/漫射（0/d）。在0/45、45/0、d/0三種條件下測得的光譜反射因素稱為光譜輻亮度因素。在0/d條件下測得的光譜反射因素為光譜反射比。在反射測量中，0/45、45/0條件更符合目視觀察樣品的條件，常用于彩色圖像的測量和彩色復(fù)制品的評價中。積分球照明和積分球探測的主要優(yōu)點是：這種測量幾乎和樣品表面結(jié)構(gòu)無關(guān)。

3.色散系統(tǒng)

色散系統(tǒng)能輸出不同波長單色光的裝置。色散元件有棱鏡或光柵、濾光片等，色散元件將光源能量色散成波長函數(shù)，不同波長的單色光依次在空間排列成光譜帶。

4.光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

光度計量部件使從單色器射出的單色光正確地照射到樣品上，然后用光電探測元件解釋光能，采用比較法測量及雙光束光路，測定樣品的透射比或反射比。通常，在儀器內(nèi)部將由色散系統(tǒng)產(chǎn)生的單色光輻射成樣品光束和參考光束兩條光路，當(dāng)將樣品放入光路內(nèi)時，兩條光束相等的狀態(tài)被破壞，探測器就檢測到差別，得到該波長時樣品的透射比或反射比。分光光度計測量光譜透射比和光譜反射比都是通過采用比較法，是通過定量的比較某些已知光譜特性的標(biāo)準(zhǔn)（參照物）和樣品在同一波長上透射或反射的單色輻射功率，從而測得光譜的透射比或反射比。測量透射樣品時，空氣作為參照標(biāo)準(zhǔn)，整個可見光譜范圍內(nèi)透射比為1。測量反射樣品時，用完全反射滿射體（其反射比在各波長處為1）作為參照標(biāo)準(zhǔn)。

實現(xiàn)比較測量有兩種方法：1.采用單光路：將參照物和樣品依次放在光路內(nèi)進(jìn)行測量。2.雙光束：將單色光分成兩束光，一束通過樣品，一束通過參照物，兩光束對稱。

5.數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)

測量系統(tǒng)輸出的基本數(shù)據(jù)是光譜反射比或透射比（樣品的光譜反射比曲線或透射比曲線），其余數(shù)據(jù)是計算得到的。