分光測色儀的工作原理及測色系統的組成

分光測色儀是色彩管理中常用的儀器，該儀器不僅可以進行顏色分析，還可以進行色差的管理，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。其中光源為系統提供CIE規定的標準照明體；分光模塊通過分光器件采集經待測物體反射或透射的光的光譜強度值進行光電信號轉換并將轉換后的電信號傳輸到電子線路模塊；電子線路模塊對電信號進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推薦的標準照明體和標準觀察者，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的組成：

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

1.照明光源

光源必須在儀器的整個波長范圍內發出連續的光輻射，并且有足夠的強度，在每一波長上都應有足夠的能量，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。CIE規定了標準照明體，有A、B、C、D、E。標準照明體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準照明體，相當于相關色溫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，有四種測色的標準照明和觀察條件：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制品的評價中。積分球照明和積分球探測的主要優點是：這種測量幾乎和樣品表面結構無關。

3.色散系統

色散系統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，不同波長的單色光依次在空間排列成光譜帶。

4.光電轉換系統

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，在儀器內部將由色散系統產生的單色光輻射成樣品光束和參考光束兩條光路，當將樣品放入光路內時，兩條光束相等的狀態被破壞，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準（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，空氣作為參照標準，整個可見光譜范圍內透射比為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）作為參照標準。

實現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進行測量。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.數據輸出系統

測量系統輸出的基本數據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），其余數據是計算得到的。