分光测色仪的设计研究

　　1　分光测色原理

　　颜色是一个三维物理量,现代色度学的发展为用仪器客观地、定量地评价颜色奠定了基础。为了计算光源色或物体色的色度参数,首先需对光源的光谱功率分布或物体的光谱反射因数进行测定,然后计算颜色的三刺激值,最后再由三刺激值计算出所需要的各种颜色参数。

　　颜色三刺激值的计算方法是用颜色刺激函数分别乘以CIE光谱三刺激值,并在整个可见光谱范围内对这些乘积进行积分。在实际的计算中,CIE推荐用求和来近似积分,表达式为

　　式中φ(λ)为颜色刺激函数;为标准观察者的颜色匹配函数;k为归化因子,它是将照明体(或光源)的Y值调整为100时得出的,即

　　对于表面色的精确测量,采用光谱光度测色方法:即通过定量地比较“标准”和“样品”在同一波长上的单色辐射功率,从而测量出样品的光谱透射比或光谱反射因数。为了定量地比较两个单色辐射功率,需要利用由单色仪和探测器组成的光谱光度计装置。

　　测色分光光度计与分析用的分光光度计都用于测量物体的光谱透射比或光谱反射比,因此有许多共同之处。事实上测色分光光度计就是由分析用的分光光度计发展而来的。但是两种分光光度计的用途不同,所以测色分光光度必须有自己的特点与其用途相适应。

　　2　照明和观测条件

　　绝大多数的待测物体不是完全的漫反射体,因而照明和观测条件对于光谱反射率因数测量的精确度和实测结果产生影响,为了提高测量精度和统一测量方法,CIE于1971年正式推荐四种测色的标准照明和观测条件:o/d、d/o、o/45和45/o,任何仪器都必须满足其中的一种。

　　3　分光测色用光源

　　测量物体表面的颜色,必须在一定的光源下进行。为了统一颜色的标准,CIE规定了测色的标准照明体和标准光源。CIE对“照明体”和“光源”加以区分:“光源”是指能发光的物理辐射体,“照明体”是指特定的光谱功率分布(以表格函数形式给出),这一光谱功率分布不是必须由一个光源直接提供,也不一定能用光源来实现。

　　CIE推荐的标准照明体有A、B、C、D、E。

　　4　分光测色波长范围的选定

　　在CIE出版物No15.2 (1986)推荐的三刺激值计算公式中,求和的波长范围为360～830 nm,波长间隔为1 nm。要求得准确的三刺激值就应按照上述要求进行。但目前市场上许多测色分光光度计的测量范围仅为400～700 nm。由于两端波长范围的截去就会带来三刺激值的计算误差,在CIE出版物中指出:从实际目的出发,波长范围可取380～780 nm;如果波长范围小于380～780 nm,将会导致误差。我们研制的SP-1000分光测色仪,按两种波长范围测试结果如下: