分光测色仪的研制与性能分析

　　1　引　言

　　颜色测量正越来越受到人们的重视,对颜色要求较高的生产者对两批有颜色差别的产品是要排除的,但往往找不到分析鉴别它们的工具。

　　很多对颜色的具体量值与色差有要求的生产行业包括:化妆品、涂料、染料、汽车、医药和家电等。原始做法是由专人在特定的照明条件下对产品目测鉴别。显然,这种方法非常粗糙也很不科学。以后就采用光电积分式测色仪进行检测、分析,由此推动各自行业的飞速发展,产生了很好的效益。然而,随着生产的大规模发展,这类仪器还是存在很大的缺陷。如果两批产品所用的材料和颜料配方完全相同,两者的颜色也应该是相同的。但是,生产中常常是在确定了第一批生产的标准颜色样品之后,由于生产的材料及颜料的原料都发生了变化,而仍要使复制产品与标准样品在一定照明体下有相同的颜色,这就不可能保证了。有时也有相同的,但绝大多数是不相同的。那么怎样对不相同的颜色的程度进行评价,使生产者修正成颜色相同的复制品呢?

　　2　颜色的计算

　　正常的人在光亮条件下能看见可见光谱的各种颜色,称为颜色视觉。现代色度学采用CIE(国际照明委员会)所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法,称为CIE标准色度学系统。它从理论的角度,对人们观察、辨别颜色作了科学的约定。

　　以上给出了CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线。其中x、y、z三刺激值综合了彩色的三种特性(明度、色调、饱和度)以及可见光谱中物体色的各种因素。

　　颜色三刺激值的计算方法是颜色刺激函数Φ(λ)分别乘以CIE光谱三刺激值,并在整个可见光谱范围内分别对这些乘积进行积分。

　　式中,为光谱三刺激值,k叫做调整因数,它是将照明体(或光源)的Y值调整为100时得出的。

　　余下待测的未知数是颜色刺激函数Φ(λ),自发光体、透射物体和反射物体的Φ(λ)值分别为S(λ),τ(λ)S(λ)和β(λ)S(λ)。光源的S(λ)就是它的相对光谱功率分布,可通过光谱辐射测量得到;对于透射物体和反射物体,CIE也已规定了几种标准照明体的相对光谱功率分布[S(λ)],也就是说,标准照明体下的三刺激值光谱分布及相对的光谱功率分布[S(λ)]都可以找到,所以只需测量物体色刺激的光谱透射率τ(λ)或光谱反射率β(λ)就可以求出结果了。

　　3　反射率与透射率的测量

　　开发的分光测色仪是一款基于现代色度学理论,用CIE标准色度学系统而设计的光谱测色仪。标准照明和观测条件是垂直/漫射(0/d)。它的光学系统如图2所示。

　　系统中光电转换器由分光器与光电检测器组成,采用渐变滤光片作分光,紧贴着滤光片的是光电二极管阵列SSPA(Self Scanned Photodiode Array),而积分球则很好地起到了漫反射的作用,将样品光投向分光器。光电二极管阵列的驱动电路、控制电路及A/D转换电路与光电二极管阵列一起构成光电检测器。