你對分光測色儀了解嗎?分光測色儀的系統(tǒng)組成是怎么樣的?
2023-08-29
你對分光測色儀了解嗎?分光測色儀作為顏色測量的光電儀器,它不是直接測量顏色的三刺激值本身,而是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數(shù)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,通過積分計算求得顏色的三刺激值。本文對分光測色儀的系統(tǒng)組成做了介紹,對顏色測量知識感興趣的朋友可以了解一下!
你對分光測色儀了解嗎?
顏色測量儀器就是通過一定的途徑求得三刺激值的工具。由于獲得三刺激值的方法不同,測色儀器主要分為兩類:分光測色儀和色度計。高速高精度分光測色儀屬于前一種類型的儀器。
分光測色儀不是直接測量顏色的三刺激值,而是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反射比。再選用CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)照明和標(biāo)準(zhǔn)觀察者,通過積分計算求得顏色的三刺激值。
分光測色儀的系統(tǒng)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。
1.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.測量的幾何條件
使用分光光度計進(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:
(1)垂直/45°(0/45)
樣品被一束光照明,照明光束的光軸與樣品表面的法線不超過10°,在與樣品表面的法線成45°的方向觀測。照明光束中任一光線與光軸的夾角不應(yīng)超過5°,觀察光束也應(yīng)遵守同樣的限制。
(2)45°/垂直(45/0)
樣品可以被一束或多束光照明,照明光束的軸線與樣品表面的法線成45°±5°,觀測方向和樣品表面的法線之間的夾角不應(yīng)超過10°,照明光束的任一光束和照明光束軸之間的夾角不應(yīng)超過5°,觀測光束也應(yīng)遵守同樣的限制。
(3)垂直/漫射(0/d)
樣品被一束光照明,照明光束的光軸與樣品表面的法線不超過10°。漫反射通量借助積分球來收集。鏡面反射通量被吸收阱吸收,照明光束的任一光線與光軸的夾角不應(yīng)超過5°。積分球的大小可隨意,但其開孔的總面積不應(yīng)超過積分球內(nèi)反射總面積的10%(200mm)。
(4)漫射/垂直(d/0)
用積分球漫射照明樣品,樣品的法線和觀測光束軸之間的夾角不應(yīng)超過10°。積分球的大小可隨意,但其開孔的總面積不應(yīng)超過積分球內(nèi)反射總面積的 10%(200mm)。觀察光束中任一光線與光軸的夾角不應(yīng)超過5°。
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.光度計量
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。
常用的探測器有光電倍增管、光電池、光電管等。
5.測量數(shù)據(jù)的處理和輸出
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。