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

分光測色儀的工作原理：

分光測色儀測量光譜透射比或光譜反射比都是采用比較法。是通過定量地比較某些已知光譜特性的“標(biāo)準(zhǔn)”（參照物）和樣品在同一波長上透射或反射的單色輻射功率，從而測出祥品的光譜透射比或光譜輻亮度因數(shù)。測量透射樣品時選用空氣作為參照標(biāo)準(zhǔn)，空氣是理想透射體，在整個可見光譜范圍內(nèi)透射比均為1。測量反射樣品時，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波長上均為1。但是，沒有一種實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。這些材料要求在個波長上反射比盡可能接近1，而且耐久、易于制造、價格便宜。權(quán)衡各個條件，硫酸鋇（BaSO4）是現(xiàn)在最好的一種材料。

為了實現(xiàn)比較測量，可以有兩種方案。最簡單的是采用單光路，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行測量。該方案的優(yōu)點是能夠嚴(yán)格保持參照物和樣品在同一光路中進行測量。另一種方案是將單色光分成兩束光，一束通過參照物，另一束通過樣品。雙光束系統(tǒng)最基本的要求是保持兩光路對稱，光學(xué)特性一致。并且在微機控制的儀器中，也可以用微機校正光學(xué)特性的不一致性。

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

分光測色的結(jié)構(gòu)組成：

分光測色儀主要由：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)等幾個部分組成。

1.光源和照明系統(tǒng)

分光測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波長范圍內(nèi)發(fā)出連續(xù)的光譜輻射，并且有足夠的強度，使每一波長上都具有足夠能量，那么在探測器上就有滿意的信噪比。可利用透鏡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。對于儀器內(nèi)部的系統(tǒng)而言，入射狹縫成為替代的、實際的光源，限制著進入儀器的光束。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（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單色光的裝置。單色器是分光測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的各波長的光束匯聚在成像物鏡的焦平面上，形成按波長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，并檢測光譜的強度、波長位置。探測器是接收系統(tǒng)的主要部分。根據(jù)所使用的光探測器的不同，分為目視分光光度測色儀（以眼睛作為探測器）和自動分光光度測色儀（應(yīng)用光電探測器），在顏色科學(xué)研究和工業(yè)測量中應(yīng)用廣泛的是后者。自動分光光度測色儀包括掃描式分光光度測色儀和快速分光光度測色儀。

6.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是測色儀器的重要部分，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以進行大量的數(shù)據(jù)采集和處理，減輕疲勞程度，增強儀器的實時性；提高儀器的自動化程度，甚至使整個儀器的操作、測量、分析完全按程序自動地進行，并用數(shù)字或圖表形式顯示結(jié)果；可以對影響儀器精度的某些誤差進行自動修正，提高儀器精度；利用計算機高速運算和存儲功能，提高儀器的分析、測量速度。

分光光測色儀CIE測色標(biāo)準(zhǔn)：

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

1.照明和觀測條件

絕大多數(shù)的待測物體不是完全的漫反射體，因而照明和觀測條件對于光譜反射率因數(shù)測量的精確度和實測結(jié)果產(chǎn)生影響，為了提高測量精度和統(tǒng)一測量方法，CIE于1971年正式推薦四種測色的標(biāo)準(zhǔn)照明和觀測條件：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

測量物體表面的顏色，必須在一定的光源下進行。為了統(tǒng)一顏色的標(biāo)準(zhǔn)，CIE規(guī)定了測色的標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源。CIE對“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光源直接提供，也不一定能用光源來實現(xiàn)。

3.波長范圍

CIE推薦的三刺激值計算公式中，求和的波長范圍為360～830nm，波長間隔為1nm。要求得準(zhǔn)確的三刺激值就應(yīng)按照上述要求進行。但目前市場上許多分光測色儀的測量范圍僅為400～700nm。由于兩端波長范圍的截去就會帶來三刺激值的計算誤差。

4.標(biāo)準(zhǔn)白板

分光測色儀是通過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)實中不存在這種理想概念的實物標(biāo)準(zhǔn)，但是可以應(yīng)用物理技術(shù)來校準(zhǔn)實物。我國色度的國家基準(zhǔn)采用雙球法對色度基準(zhǔn)白板進行了絕對測量，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，并通過傳遞標(biāo)準(zhǔn)白板向各?。ㄊ校┯嬃坎块T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。主要用于儀器校準(zhǔn)基線，以及在測量中消除諸如光源和探測器靈敏度不穩(wěn)定，或光路不對稱等因素帶來的系統(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。