分光測(cè)色儀是顏色測(cè)量中常用的一類儀器，這種儀器不直接測(cè)量樣品顏色的三刺激值，而是在CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)色條件下，通過(guò)測(cè)量顏色反射或透射光譜，計(jì)算出顏色三刺激值，進(jìn)而得出各種顏色參數(shù)。本文對(duì)分光測(cè)色儀的工作原理及CIE測(cè)色標(biāo)準(zhǔn)做了介紹。

分光測(cè)色儀的工作原理：

分光測(cè)色儀測(cè)量光譜透射比或光譜反射比都是采用比較法。是通過(guò)定量地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(zhǎng)上透射或反射的單色輻射功率，從而測(cè)出祥品的光譜透射比或光譜輻亮度因數(shù)。測(cè)量透射樣品時(shí)選用空氣作為參照標(biāo)準(zhǔn)，空氣是理想透射體，在整個(gè)可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)透射比均為1。測(cè)量反射樣品時(shí)，用完全反射漫射體作為參照標(biāo)準(zhǔn)。完全反射漫射體的反射比在各個(gè)波長(zhǎng)上均為1。但是，沒(méi)有一種實(shí)際材料有這樣的特性，只能選擇與它性質(zhì)比較接近的材料作為工作標(biāo)準(zhǔn)，目前常采用煙熏、壓粉或噴涂的氧化鎂，硫酸鋇（BaSO4），也有采用海龍（halon）、白陶瓷板等作為參照物的。這些材料要求在個(gè)波長(zhǎng)上反射比盡可能接近1，而且耐久、易于制造、價(jià)格便宜。權(quán)衡各個(gè)條件，硫酸鋇（BaSO4）是現(xiàn)在最好的一種材料。

為了實(shí)現(xiàn)比較測(cè)量，可以有兩種方案。最簡(jiǎn)單的是采用單光路，儀器只有一條光路，將參照物和祥品依次交替放在光路中進(jìn)行測(cè)量。該方案的優(yōu)點(diǎn)是能夠嚴(yán)格保持參照物和樣品在同一光路中進(jìn)行測(cè)量。另一種方案是將單色光分成兩束光，一束通過(guò)參照物，另一束通過(guò)樣品。雙光束系統(tǒng)最基本的要求是保持兩光路對(duì)稱，光學(xué)特性一致。并且在微機(jī)控制的儀器中，也可以用微機(jī)校正光學(xué)特性的不一致性。

采用比較測(cè)量能夠補(bǔ)償測(cè)量中由于光源的不穩(wěn)定和探測(cè)器靈敏度、光學(xué)系統(tǒng)透射比、分光元件效率等隨波長(zhǎng)而變化的各種因素的影響。這些因素對(duì)樣品和參照物具有相同的影響而自動(dòng)地相互抵消。

分光測(cè)色的結(jié)構(gòu)組成：

分光測(cè)色儀主要由：光源和照明系統(tǒng)、準(zhǔn)直系統(tǒng)、色散系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、接收系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。

1.光源和照明系統(tǒng)

分光測(cè)色儀器中光源的光譜分布不是關(guān)鍵因素，但光源必須在儀器的整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)出連續(xù)的光譜輻射，并且有足夠的強(qiáng)度，使每一波長(zhǎng)上都具有足夠能量，那么在探測(cè)器上就有滿意的信噪比?？衫猛哥R或反射鏡將光源成像在單色器的入射縫上以提高狹縫的照度，照在入射縫上的光應(yīng)盡可能均勻。

2.準(zhǔn)直系統(tǒng)

準(zhǔn)直系統(tǒng)由入射狹縫和準(zhǔn)直物鏡組成。對(duì)于儀器內(nèi)部的系統(tǒng)而言，入射狹縫成為替代的、實(shí)際的光源，限制著進(jìn)入儀器的光束。入射狹縫位于準(zhǔn)直物鏡的焦平面上。這樣，由它發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直物鏡后成為平行光束投向色散系統(tǒng)，造成夫瑯和費(fèi)（Fraunhofer）的衍射條件。

3.色散系統(tǒng)

色散系統(tǒng)的作用是將入射的復(fù)合光分解為光譜。分光測(cè)色儀中色散系統(tǒng)的功能由單色器完成，單色器的功能是輸出不同波長(zhǎng)單色光的裝置。單色器是分光測(cè)色儀器中最主要的部分。根據(jù)單色器中色散元件的不同大致可以分為：棱鏡或光柵分光的單色器、濾光片分光的單色器、可調(diào)諧激光器單色器三類。

4.成像系統(tǒng)

成像系統(tǒng)的作用是將空間色散開(kāi)的各波長(zhǎng)的光束匯聚在成像物鏡的焦平面上，形成按波長(zhǎng)依次排列的狹縫的單色像。

5.接收系統(tǒng)

接收系統(tǒng)的作用是將成像系統(tǒng)焦平面上的光譜能量接收，并檢測(cè)光譜的強(qiáng)度、波長(zhǎng)位置。探測(cè)器是接收系統(tǒng)的主要部分。根據(jù)所使用的光探測(cè)器的不同，分為目視分光光度測(cè)色儀（以眼睛作為探測(cè)器）和自動(dòng)分光光度測(cè)色儀（應(yīng)用光電探測(cè)器），在顏色科學(xué)研究和工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用廣泛的是后者。自動(dòng)分光光度測(cè)色儀包括掃描式分光光度測(cè)色儀和快速分光光度測(cè)色儀。

6.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是測(cè)色儀器的重要部分，通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集和處理，減輕疲勞程度，增強(qiáng)儀器的實(shí)時(shí)性；提高儀器的自動(dòng)化程度，甚至使整個(gè)儀器的操作、測(cè)量、分析完全按程序自動(dòng)地進(jìn)行，并用數(shù)字或圖表形式顯示結(jié)果；可以對(duì)影響儀器精度的某些誤差進(jìn)行自動(dòng)修正，提高儀器精度；利用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算和存儲(chǔ)功能，提高儀器的分析、測(cè)量速度。

分光光測(cè)色儀CIE測(cè)色標(biāo)準(zhǔn)：

分光測(cè)色儀是以色度學(xué)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的光學(xué)儀器，因此，其需要滿足CIE所規(guī)定的一些測(cè)色標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：

1.照明和觀測(cè)條件

絕大多數(shù)的待測(cè)物體不是完全的漫反射體，因而照明和觀測(cè)條件對(duì)于光譜反射率因數(shù)測(cè)量的精確度和實(shí)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，為了提高測(cè)量精度和統(tǒng)一測(cè)量方法，CIE于1971年正式推薦四種測(cè)色的標(biāo)準(zhǔn)照明和觀測(cè)條件：0/d、d/0、0/45和45/0，任何儀器都必須滿足其中的一種。

2.標(biāo)準(zhǔn)光源

測(cè)量物體表面的顏色，必須在一定的光源下進(jìn)行。為了統(tǒng)一顏色的標(biāo)準(zhǔn)，CIE規(guī)定了測(cè)色的標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源。CIE對(duì)“照明體”和“光源”加以區(qū)分：“光源”是指能發(fā)光的物理輻射體，“照明體”是指特定的光譜功率分布（以表格函數(shù)形式給出），這一光譜功率分布不是必須由一個(gè)光源直接提供，也不一定能用光源來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.波長(zhǎng)范圍

CIE推薦的三刺激值計(jì)算公式中，求和的波長(zhǎng)范圍為360～830nm，波長(zhǎng)間隔為1nm。要求得準(zhǔn)確的三刺激值就應(yīng)按照上述要求進(jìn)行。但目前市場(chǎng)上許多分光測(cè)色儀的測(cè)量范圍僅為400～700nm。由于兩端波長(zhǎng)范圍的截去就會(huì)帶來(lái)三刺激值的計(jì)算誤差。

4.標(biāo)準(zhǔn)白板

分光測(cè)色儀是通過(guò)樣品反射或透射的光能量與在同樣條件下標(biāo)準(zhǔn)反射或透射的光能量進(jìn)行比較而得到樣品的光譜反射因數(shù)R或光譜透射比τ的。透射標(biāo)準(zhǔn)是空氣，反射標(biāo)準(zhǔn)是完全反射漫射體，又稱朗伯表面?，F(xiàn)實(shí)中不存在這種理想概念的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，但是可以應(yīng)用物理技術(shù)來(lái)校準(zhǔn)實(shí)物。我國(guó)色度的國(guó)家基準(zhǔn)采用雙球法對(duì)色度基準(zhǔn)白板進(jìn)行了絕對(duì)測(cè)量，然后用光譜光度法將反射比量值傳遞到保持量值的副基準(zhǔn)和工作基板組上，并通過(guò)傳遞標(biāo)準(zhǔn)白板向各?。ㄊ校┯?jì)量部門或使用單位傳遞色度量值。

工作標(biāo)準(zhǔn)白板除了要求反射比高、中性好、不透光、表面平整均勻及漫射性盡量好外，更重要的是必須具備：（1）光學(xué)穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期重復(fù)使用量值不變。（2）具有耐磨、抗震特性，在頻繁的日常使用中不致?lián)p壞工作表面。（3）便于清潔。滿足上述技術(shù)條件，常用作工作標(biāo)準(zhǔn)白板的材料有：釉面陶瓷白板、拋光乳白玻璃搪瓷白板等。

參比標(biāo)準(zhǔn)白板固定于雙光路測(cè)色儀的參比光束窗口處，其反射比量值不必知道，但要求反射比高、漫射性好、光譜選擇性小等特點(diǎn)。主要用于儀器校準(zhǔn)基線，以及在測(cè)量中消除諸如光源和探測(cè)器靈敏度不穩(wěn)定，或光路不對(duì)稱等因素帶來(lái)的系統(tǒng)誤差。BaSO4、HaLon及MgO等壓制成的漫射白板可滿足參比標(biāo)準(zhǔn)白板的技術(shù)要求。