第10章色度的測(cè)量及其儀器

人眼有敏銳的辨別顏色能力,人們長(zhǎng)期利用目視比較法來(lái)區(qū)別顏色。但目視法測(cè)量結(jié)果帶有主觀性,受到視覺(jué)適應(yīng)性、人眼光譜響應(yīng)差異、測(cè)量時(shí)人的狀況等因素的影響。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)為客觀地測(cè)量物體顏色奠定了基礎(chǔ),可通過(guò)對(duì)物體顏色三刺激值的測(cè)量確定顏色。顏色測(cè)量?jī)x器就是通過(guò)一定的途徑求得三刺激值的工具。由于獲得三刺激值的方式不同,測(cè)色儀器主要可分為兩類：分光測(cè)色儀器和色度計(jì)。第10章色度的測(cè)量及其儀器

分光測(cè)色儀器是顏色測(cè)量最基本的儀器，其不直接測(cè)量顏色的三刺激值本身，而是測(cè)量物體的光譜反射或光譜透射特性，即測(cè)量物體的光譜輻亮度因數(shù)或光譜透射比。再選用CIE的標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)觀察者，通過(guò)積分計(jì)算求得顏色的三刺激值。色度計(jì)的響應(yīng)類似人眼視覺(jué)，通過(guò)直接測(cè)得與顏色三刺激值成比例的儀器響應(yīng)，換算出顏色三刺激值。三刺激值的獲取由儀器內(nèi)部完成，即用濾色鏡來(lái)校正儀器光源和探測(cè)元件的光譜特性，使輸出信號(hào)正比于顏色的三刺激值。密度計(jì)——不是標(biāo)準(zhǔn)顏色測(cè)量的儀器，其響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)觀察者的響應(yīng)無(wú)嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然而它也具有紅、綠、藍(lán)響應(yīng)，故彩色密度計(jì)的響應(yīng)和人類觀察者的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系。密度計(jì)在某些情況下能給出顏色測(cè)量的近似值，能十分精確地探測(cè)到顏色和色差的變化，因此，彩色密度計(jì)是顏色和顏色處理過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量控制的有效儀器，尤其在照相和印刷業(yè)。

10.1分光測(cè)色儀器

現(xiàn)代分光光度計(jì)由照明光源、色散系統(tǒng)和探測(cè)器等組成。通常在儀器內(nèi)部將由色散系統(tǒng)產(chǎn)生的單色輻射分成樣品和參考兩條光路。當(dāng)樣品放在樣品光路內(nèi)時(shí),兩條光束相等的狀態(tài)被破壞,探測(cè)器檢測(cè)到差別,得到該波長(zhǎng)上樣品的透射比或反射比。10.1.1比較法測(cè)量與比較的標(biāo)準(zhǔn)分光光度計(jì)測(cè)量光譜透射比或光譜反射比都采用比較法，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)透射比均近似為1；液體樣品則采用同樣厚度的溶劑作為標(biāo)準(zhǔn)；測(cè)量反射樣品時(shí)，雖然全反射漫射體的反射比在各波長(zhǎng)上均為1，是理想的參照標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際材料難以達(dá)到這樣的特性，只能選擇與它性質(zhì)比較接近的材料作為工作標(biāo)準(zhǔn)。

10.1分光測(cè)色儀器比較的標(biāo)準(zhǔn)顏色測(cè)量中所選用的反射標(biāo)準(zhǔn)常采用的有硫酸鋇(BaSO4)、海龍(Halon)、氧化鎂(MgO)、碳酸鈣(CaCO3)和陶瓷等。硫酸鋇穩(wěn)定性好，但不易清潔，常用于傳遞標(biāo)準(zhǔn)。海龍是一種多氟樹(shù)脂,在可見(jiàn)光波段反射率非常接近硫酸鋇,在紅外波段優(yōu)于硫酸鋇,但在250~280nm處有微弱的發(fā)光性。氧化鎂光譜選擇性小，反射比大，但穩(wěn)定性差，過(guò)去曾用作原始標(biāo)準(zhǔn)，1969年CIE已用完全反射漫射體取而代之。陶瓷使用方便，容易清潔，多用作儀器的工作標(biāo)準(zhǔn)。

10.1分光測(cè)色儀器比較的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)白板的技術(shù)條件在GB3979-83中有相應(yīng)的規(guī)定：傳遞標(biāo)準(zhǔn)白板要求漫反射性能好,在380~760nm波段的反射比在95%以上,并且光譜選擇性小,盡可能接近完全反射漫射體。當(dāng)反射比值變化超過(guò)0.5%時(shí),須重新校準(zhǔn)。傳遞標(biāo)準(zhǔn)白板要求用高純度硫酸鋇粉末壓制而成。工作標(biāo)準(zhǔn)白板應(yīng)具有機(jī)械的耐久性和光學(xué)穩(wěn)定性，有足夠好的漫反射性；在380~760nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)光譜反射比高，且光譜選擇性??；便于清潔，可用陶瓷白板或乳白玻璃等作為工作標(biāo)準(zhǔn)白板。參比白板應(yīng)具有充分的漫反射特性，在380~780nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜反射比較高，且光譜選擇性小，有一定的機(jī)械強(qiáng)度和光學(xué)穩(wěn)定性。

10.1分光測(cè)色儀器比較法測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方式:采用單光路，儀器只有一條光路，將參照物和樣品依次放在光路中進(jìn)行測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是能嚴(yán)格保持參照物和樣品在完全相同的光路中進(jìn)行測(cè)量，但缺點(diǎn)較多，因此很少采用。分光光度計(jì)中廣泛采用雙光束法。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。在微機(jī)控制的儀器中，可用數(shù)值方法校正光學(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)定以及控制器靈敏度、光學(xué)系統(tǒng)透射比、分光元件效率等隨波長(zhǎng)而變化的各種因素影響，由于這些因素對(duì)樣品和參照物有相同的影響而自動(dòng)地互相抵消。

10.1分光測(cè)色儀器10.1.2顏色測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化由于顏色視覺(jué)的復(fù)雜性，顏色測(cè)量條件必須標(biāo)準(zhǔn)化，儀器間的測(cè)量結(jié)果才有可比性。測(cè)量樣品的三刺激值時(shí),照明光源選擇標(biāo)準(zhǔn)照明體，常用的標(biāo)準(zhǔn)照明體有A，C，D65

測(cè)量樣品的三刺激值時(shí),要選用標(biāo)準(zhǔn)觀察者，小視場(chǎng)(1~4)選用CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者，大視場(chǎng)(10)時(shí)選取用CIE1964標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充色度觀察者。標(biāo)準(zhǔn)照明觀察條件顏色測(cè)量時(shí)，光源照明和控制器收集光能的幾何條件很重要，幾何條件不一致會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的差異。為統(tǒng)一測(cè)量結(jié)果,CIE規(guī)定了統(tǒng)一的幾何條件。

10.1分光測(cè)色儀器

標(biāo)準(zhǔn)照明觀察條件在透射樣品測(cè)量中,一般采用對(duì)樣品表面垂直方向照明，透射方向探測(cè)。照明光束的光軸與樣品表面法線的夾角不超過(guò)5°,照明光束中任一光線與光軸的夾角不應(yīng)超過(guò)5°,此幾何條件不適合于漫透射物體。在反射樣品(不透明物體)測(cè)量中，CIE1931年正式推薦四種測(cè)色的標(biāo)準(zhǔn)照明和觀察條件垂直/45(縮寫0/45)。<10;45±2;<845/垂直(縮寫45/0)。垂直/漫射(縮寫0/d)。<10;<5;<10%。反射率漫射/垂直(縮寫d/0)。10.1分光測(cè)色儀器

一些帶有漫反射和鏡面反射混合反射的樣品,其鏡面反射的影響可用光澤吸收阱來(lái)削減。照明光束和觀測(cè)方向不應(yīng)完全在樣品的法線方向上,以避免照明器或探測(cè)器與樣品之間的相互反射。CIE規(guī)定在0/45,45/0,d/0條件下測(cè)得的光譜反射因數(shù)稱為光譜輻亮度因數(shù),記為0/45,

45/0,

d/0。在0/d條件下測(cè)得的光譜反射因數(shù)稱為光譜反射比0。我國(guó)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB3978-83)，反射測(cè)量中采用45/0(0/45)有利于目視觀察樣品，其比積分球法更有效地排除鏡面反射部分。積分球照明或積分球探測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)是幾乎與樣品表面結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。這一點(diǎn)對(duì)許多紡織品和紙張的測(cè)量特別有用，因?yàn)樗鼈兊拿婧凸饷嬗酗@著的差別。鏡面反射部分可包括在內(nèi)，只要不加光澤吸收阱去消除樣品的第一次表面反射即可，此時(shí)測(cè)得的是全反射量。用光澤吸收阱消除樣品的鏡面反射則測(cè)得的是漫反射量。10.1分光測(cè)色儀器樣品光源樣品光澤吸收器(a)d/0分光光度計(jì)(b)0/d分光光度計(jì)

分光測(cè)色儀器設(shè)計(jì)時(shí)必須按照以上規(guī)定的幾何條件安排光路，可選擇其中一種或多種條件。

儀器測(cè)試的數(shù)據(jù)也應(yīng)說(shuō)明是在何種條件下測(cè)量的結(jié)果。10.1.3分光測(cè)色儀器的組成A．光源分光測(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)的光輻射，且在每一波長(zhǎng)上都應(yīng)有足夠能量，使探測(cè)元件有足夠的信噪比。B．單色器能輸出不同波長(zhǎng)單色光的裝置叫單色器。根據(jù)單色器中色散元件的不同大致有以下幾類：(1)棱鏡或光柵分光的單色器,是較高級(jí)的分光測(cè)色儀器中最常用的一種。它利用棱鏡或光柵將光源能量色散成波長(zhǎng)的函數(shù),不同波長(zhǎng)的單色光依次在空間排列成光譜帶。轉(zhuǎn)動(dòng)色散元件或其它光學(xué)零件來(lái)控制落在單色器出射縫上單色光的波長(zhǎng)。利用入、出射縫的寬度來(lái)控制單色光的帶寬。為了得到更純的單色光并減少儀器內(nèi)的雜散光,有時(shí)一級(jí)單色器還不能滿足要求,常將第一級(jí)單色器輸出的單色光作為光源輸入第二級(jí)單色器,再進(jìn)行一次色散,這樣組合在一起使用的單色器叫做雙聯(lián)單色器。10.1.3分光測(cè)色儀器的組成(2)濾光片分光的單色器。棱鏡或光柵單色器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造精度高，價(jià)格貴。由于相當(dāng)多的顏色樣品具有較平緩的光譜透射比或反射比曲線，可在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)選擇一些離散點(diǎn)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。這樣對(duì)單色器的要求可簡(jiǎn)化，只需在有限個(gè)波長(zhǎng)上提供一定帶寬的單色光。(3)可調(diào)諧激光單色器。具有單色性好，能量高等優(yōu)點(diǎn)，由于可調(diào)諧染料激光器等的發(fā)展，已能做到在一定波段內(nèi)獲得波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)，單色性很好的強(qiáng)激光光束,為測(cè)色工作提供了一種高性能的單色器。但價(jià)格較貴。C．光度計(jì)量部分光度計(jì)量部分使從單色器射出的單色光正確地照射到樣品上,用光電探測(cè)元件接收光能，測(cè)定樣品的透射比或反射比。分光測(cè)色儀器都采用比較法測(cè)量及雙光束光路。光度計(jì)量的具體方法有兩種，即平衡法和比率法。10.1.3分光測(cè)色儀器的組成(1)光度的平衡法測(cè)量光學(xué)平衡法：?jiǎn)紊庖噪p光束交替地照射標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測(cè)樣品，因此探測(cè)器D輸出一系列脈沖信號(hào)。將這兩組脈沖信號(hào)的幅度進(jìn)行比較，并通過(guò)伺服電機(jī)SM推動(dòng)減光器改變光束強(qiáng)度，使探測(cè)器接收到從待測(cè)樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品上所反射的光度相等，即所謂光學(xué)平衡或達(dá)到光學(xué)零位。減光器可以是變密度的中性濾光片,光梳或偏振片等。在達(dá)到平衡時(shí)減光器的機(jī)械位置即代表標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測(cè)樣品兩個(gè)信號(hào)的比值。10.1.3分光測(cè)色儀器的組成(1)光度的平衡法測(cè)量電學(xué)平衡法：經(jīng)過(guò)放大和解調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和樣品信號(hào)分別流過(guò)波長(zhǎng)補(bǔ)償電位器及測(cè)量電位器,在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的期間,繼電器R標(biāo)閉合把標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)儲(chǔ)存在電容器C標(biāo)內(nèi),樣品信號(hào)則儲(chǔ)存在C樣內(nèi)。比較繼電器快速地將C標(biāo)和C樣比較，如果二者電位不等，則差值被放大并經(jīng)伺服電機(jī)推動(dòng)測(cè)量電位器的觸點(diǎn)，以達(dá)到C樣與C標(biāo)的電位相等即電學(xué)平衡。此時(shí)觸點(diǎn)位置即代表標(biāo)準(zhǔn)和樣品兩個(gè)信號(hào)的比值。此觸點(diǎn)與記錄筆相連，可繪出曲線。10.1.3分光測(cè)色儀器的組成(2)光度的比率法測(cè)量。光度比率法是將解調(diào)后的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸至一個(gè)差值放大器與一個(gè)基準(zhǔn)電壓V基相比較,標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)太大時(shí),減低光電倍增管的負(fù)高壓或減小單色器的入射縫,標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)太小時(shí)則相反,這樣通過(guò)閉環(huán)的反饋系統(tǒng)保持標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)始終穩(wěn)定不變,說(shuō)明此時(shí)光電探測(cè)器的靈敏度及系統(tǒng)的放大率已調(diào)整至正常水平,因此,可直接測(cè)量樣品信號(hào)。由于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)已被歸一化，所以測(cè)得的樣品信號(hào)本身就是樣品信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的比率，即反射比或透射比。

10.1.3分光測(cè)色儀器的組成D．測(cè)量數(shù)據(jù)的處理和輸出裝置分光光度計(jì)輸出的基本數(shù)據(jù)是光譜透射比和光譜反射比。其它數(shù)據(jù)都是根據(jù)其計(jì)算得到。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多新型的儀器都備有微處理器，分光光度數(shù)據(jù)可以保存在存儲(chǔ)器內(nèi)，能以數(shù)字的形式顯示、打印出來(lái)，并能驅(qū)動(dòng)繪圖機(jī)以圖形顯示出來(lái)。現(xiàn)代的分光測(cè)色儀器中，內(nèi)裝的微型計(jì)算機(jī)已和儀器有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試計(jì)算自動(dòng)化。10.1.4分光測(cè)色儀器分類

分光測(cè)色儀器可按若干不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。例如：?jiǎn)喂馐螂p光束儀器；單級(jí)單色儀和雙級(jí)單色儀；目視分光測(cè)色儀器和光電分光測(cè)色儀器等。目視分光測(cè)色儀器的光度部分由均勻照明的樣品視場(chǎng)和參考視場(chǎng)組成，可有控制地改變一個(gè)或兩個(gè)視場(chǎng)的亮度。當(dāng)眼睛看到兩個(gè)視場(chǎng)亮度相等時(shí)，儀器的計(jì)數(shù)即為分光光度比值。因?yàn)槟恳暦止夤舛扔?jì)的測(cè)量既費(fèi)時(shí)又易費(fèi)神，所以，已被光電儀器所代替，一般不再使用。光電分光測(cè)色儀器種類繁多，由于固體探測(cè)器的發(fā)展，出現(xiàn)了一種在極短時(shí)間內(nèi)同時(shí)可測(cè)得各波長(zhǎng)上樣品光譜特性的分光儀器。10.1.4分光測(cè)色儀器分類分光光度法：光譜掃描、同時(shí)探測(cè)全波段光譜。(1)光譜掃描法：利用分光色散系統(tǒng)對(duì)被測(cè)光譜進(jìn)行機(jī)械掃描,逐點(diǎn)測(cè)出各個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的輻射能量,實(shí)現(xiàn)光譜功率分布測(cè)量。特點(diǎn)：精度很高，但測(cè)量速度較慢。(2)同時(shí)探測(cè)全波段光譜法:(a)多光路探測(cè)技術(shù)：多光路同時(shí)性只在紅外波段實(shí)現(xiàn)，在可見(jiàn)光區(qū)只能部分實(shí)現(xiàn)。(b)多通道探測(cè)技術(shù)：即平行探測(cè)法。優(yōu)點(diǎn)：快速、高效，大大降低對(duì)測(cè)量對(duì)象和照明光源的時(shí)間穩(wěn)定性要求，應(yīng)用快速存取和分組處理，在時(shí)間分辨和光譜分辨兩者之間實(shí)現(xiàn)有益的兼顧。

目前，國(guó)際上作為產(chǎn)品真正用于自動(dòng)配色的顏色測(cè)量系統(tǒng)都是采用多通道技術(shù)。10.1.4分光測(cè)色儀器分類多通道測(cè)色系統(tǒng)的照明光源：脈沖式、直流式脈沖光源：接近D65的脈沖氙燈、高光強(qiáng)、即時(shí)精度和重復(fù)性高直流式照明：色溫接近A光源的鹵鎢燈，光源穩(wěn)定、短波光強(qiáng)低、影響精度。10.1.5現(xiàn)代分光光度計(jì)的特點(diǎn)(1)測(cè)色和計(jì)算速度快20世紀(jì)30年代一只樣品測(cè)色需2分鐘以上，20世紀(jì)80年代初Macbeth公司的2020光柵分光型測(cè)色只要3秒鐘，瑞士Datacolor公司DC3520R分光光度計(jì)采用連續(xù)干涉濾色片分光，測(cè)定時(shí)間包括計(jì)算需6秒鐘，而到80年代末采用閃光氙燈作為光源，每只顏色只需測(cè)色一次時(shí)間少于0.3秒，90年代，該公司的3881Texflash型、DC3890型、ELrepho2000A型、脈絡(luò)式分光光度計(jì)、Mixflash型等測(cè)色時(shí)間僅需0.1秒。(2)測(cè)色精確度和準(zhǔn)確度高

一臺(tái)分光光度計(jì)精確度和準(zhǔn)確度與該儀器的分光方式、光譜范圍、波長(zhǎng)間隔等有關(guān)。10年前所用的測(cè)色儀器其波長(zhǎng)間隔多在5nm、10nm、20nm，至今瑞士Datacolor公司產(chǎn)品波長(zhǎng)間隔已達(dá)0.8nm。可以從儀器的穩(wěn)定性即短期或長(zhǎng)期的重現(xiàn)性來(lái)加以考核，過(guò)去反射率達(dá)±0.2％，現(xiàn)達(dá)±0.01％～0.02％。(3)測(cè)色功能多樣化

現(xiàn)代分光光度計(jì)多與計(jì)算機(jī)配套應(yīng)用，均具有很廣的應(yīng)用范圍，測(cè)色對(duì)象可包括有光澤和無(wú)光澤的。例如纖維、織物、塑料、油漆、陶瓷、紙張等，能進(jìn)行鏡面和非鏡面測(cè)定。不論是散射性的，反光性的，透明性的，遮蓋性的，熒光性的等等表面均不受限制，還可進(jìn)行色差、白度等計(jì)算，各種計(jì)算公式可任意選擇或配制。測(cè)色條件諸如光源、視場(chǎng)、分光間隔等均可變化。有的儀器正、逆向(多色光和單色光照明)均可測(cè)定；反射、透射皆可應(yīng)用。有的儀器如瑞士MCS能用于大型物體(汽車)或不可裁割物體的顏色測(cè)量。(4)操作的簡(jiǎn)便性

現(xiàn)代測(cè)色用分光光度計(jì)的測(cè)色操作過(guò)程，自始至終是自動(dòng)進(jìn)行，包括儀器標(biāo)準(zhǔn)、波長(zhǎng)間隔的調(diào)整、測(cè)色條件改變、反射率換算、各種測(cè)色計(jì)算、讀數(shù)和輸出，而且大多數(shù)測(cè)色系統(tǒng)均配有熒光屏輸出輸入終端或熒光屏和打印裝置結(jié)合終端。此外國(guó)際上現(xiàn)在廣泛使用的傳遞標(biāo)準(zhǔn)是完全漫反射體上標(biāo)定的絕對(duì)值，計(jì)算機(jī)能將絕對(duì)反射值予以存儲(chǔ)，并用來(lái)標(biāo)定儀器，從而保證儀器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下工作。l、樣品擺放臺(tái)2、測(cè)量孔徑3、積分球4、紫外光調(diào)整5、量度光度纖維6、光源控制儀7、微處理器8、電子界面9、參考光度纖維10、電源11、單色儀12、控制閃光裝置瑞士Datacolor3890測(cè)色原理圖GESpectrophotometerDiano-MatchScanSpectrophotometerHunterD54P-5SpectrophotometerZeissDMC-26SpectrophotometerMabethMS-2000SpectrophotometerCM26007000ACM-3600dCM-512m3SPECTROCOLOR45/05、常用分光光度計(jì)

型號(hào)光學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)量孔尺寸mm波長(zhǎng)范圍/間隔色度重復(fù)性光范圍/分辨率Texflash-2000d/0,脈沖氙燈雙光束,128單元SPD-400～700nm0.03ECIELAB-SF-600PLUSd/8,脈沖氙燈雙光束,128單元SPDSCI/SCE2.55.026360～700nm/10,5nm0.01ECIELAB0～200%

MF-200d(便搬式)d/8,脈沖氙燈128單元SPD18400～700Nm/10nm0.05ECIELAB0～200%瑞士Datacolor公司美國(guó)X-Rite公司型號(hào)光學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)量孔尺寸mm波長(zhǎng)范圍/間隔色度重復(fù)性光度范圍/分辨率SP-68便攜式d/8,鹵鎢燈1684400～700nm/10nm0.05E*ab0～200%SP-88便攜式d/8,充氣鎢絲燈藍(lán)區(qū)增強(qiáng)SPD,SCI/SCE8400～700nm/10nm0.0E*ab0～200%10.3色度計(jì)

色度計(jì)包括目視色度計(jì)和光電色度計(jì)兩類。光電色度計(jì)可由儀器的響應(yīng)值直接得到顏色的三刺激值，不必象分光測(cè)色儀器那樣進(jìn)行數(shù)學(xué)積分來(lái)求得。在光電色度計(jì)中的積分由光學(xué)模擬方式完成。儀器的照明光源需加濾色器校正，以使其具有所要求的標(biāo)準(zhǔn)光源光譜分布。同時(shí)探測(cè)器的響應(yīng)也被濾色器修正，使其與CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者相一致。在實(shí)際中把這兩種校正濾色器合成一組來(lái)設(shè)計(jì)，使儀器的總光譜靈敏度符合模擬要求即可。光源光譜分布可選擇CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體中的任一種，最常用的是A和D65，在燈光下觀察的物體常選A照明體，在日光下觀察的物體常選D65照明體。CIE推薦作為標(biāo)準(zhǔn)觀察者有2視場(chǎng)的1931標(biāo)準(zhǔn)觀察者和10視場(chǎng)的1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者，可任選其中一種。10.3色度計(jì)

光電色度計(jì)最初稱為三刺激色度計(jì),由亨特在20世紀(jì)40年代初,以“NBS”為色差單位，在、均勻色坐標(biāo)體系基礎(chǔ)上而開(kāi)發(fā)的相應(yīng)光電測(cè)色儀器,并于1950年制造和銷售。不久又開(kāi)發(fā)了Hunter-Lab體系光電色差計(jì)光電色度計(jì)一般由照明光源、校正濾色器、探測(cè)器組成。設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問(wèn)題是校正濾色器的設(shè)計(jì)。光電色度計(jì)量時(shí)所采用的照明觀察幾何條件與分光測(cè)色儀器相同。色差儀：指在光電測(cè)色儀上再附加上計(jì)算色差的機(jī)能。10.3.1盧瑟(Luther)條件和校正濾色器(1)盧瑟條件在D光源照射下物體三刺激值標(biāo)準(zhǔn)光源A照射物體接收器上電光流式中()為濾色片的光譜透射率，()為光電元件的光譜靈敏度。

則測(cè)色儀的總靈敏度特性與CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)觀察者一致，IX=X，Iy=Y，IZ=Z。色度計(jì)的精度與儀器符合盧瑟條件的程度有關(guān)。盧瑟條件:10.3.1盧瑟(Luther)條件和校正濾色器X()曲線有兩個(gè)峰值,用濾色片組合比較困難，常用兩種方式實(shí)現(xiàn)：用2個(gè)探測(cè)器和濾色器的組合分別模擬X()的兩段曲線X1()和X2(),這類色度計(jì)有四個(gè)探測(cè)元件。假設(shè)X()的短波次峰曲線X1()的形狀與Z()曲線相似,由Z()校正濾色器來(lái)近似;X2()由一個(gè)探測(cè)器和濾色器的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。此類色度計(jì)有三個(gè)探測(cè)元件X2(),Y(),Z()。10.3.1盧瑟(Luther)條件和校正濾色器

只要選定標(biāo)準(zhǔn)觀察者和標(biāo)準(zhǔn)照明體，確定儀器內(nèi)使用的照明光源光譜分布和光電探測(cè)元件的光譜靈敏度曲線，就可確定校正濾色器的光譜透射比。

由光譜透射比曲線設(shè)計(jì)校正濾色器的方法是：由幾塊不同光譜透射比的濾色片組合起來(lái),使其透射比等于要求的校正濾色器的光譜透射比。ai為各濾色片的相對(duì)面積值10.3.2儀器的定標(biāo)

光電色度計(jì)由儀器探測(cè)器的響應(yīng)值直接讀出樣品的三刺激值，故必須滿足下列關(guān)系式中，R1，R2，G，B分別為四個(gè)光電探測(cè)元件的響應(yīng)值。K1，K2，Kg，Kb為在測(cè)樣品前必須首先確定的常數(shù)，確定方法是用光電色度計(jì)去測(cè)量已知三刺激值為X10，X20，Y0，Z0的標(biāo)準(zhǔn)樣品，得到的響應(yīng)值為R10，R20，G0，B0，則可求得Ki值，這個(gè)過(guò)程稱為儀器定標(biāo)。由于校正濾色器光譜透射特性不可能完全符合盧瑟條件,經(jīng)常配備多種已知三刺激值的標(biāo)準(zhǔn)樣品,可以選用與待測(cè)樣品有近似顏色的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行定標(biāo),以減小誤差,提高儀器測(cè)量精度。一般光電色度計(jì)帶有4~10塊不同顏色標(biāo)準(zhǔn)色板/標(biāo)準(zhǔn)濾色片10.3.3色度計(jì)構(gòu)造原理A．目視色度計(jì)在目視色度計(jì)中，人眼就是探測(cè)元件，故不存在符合盧瑟條件的問(wèn)題。操作者觀察兩個(gè)并置的視場(chǎng)，一個(gè)視場(chǎng)由已知的三原色光混合組成，另一視場(chǎng)為待測(cè)色，調(diào)節(jié)三原色光的光度來(lái)達(dá)到與待測(cè)色相匹配，由三原色的光度量求得待測(cè)色的三刺激值。B．光電色度計(jì)光電色度計(jì)通過(guò)光電探測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)地給出樣品的三刺激值，使用方便、測(cè)量速度快，對(duì)大多數(shù)應(yīng)用具有足夠的準(zhǔn)確度，因而被用于各種生產(chǎn)和質(zhì)量控制的操作中。光電色度計(jì)的種類繁多，但基本原理相同。10.3.3色度計(jì)構(gòu)造原理

彩色亮度計(jì)BM-2的工作原理圖。儀器可用來(lái)測(cè)量自發(fā)光物體和非發(fā)光物體的顏色。人眼通過(guò)目鏡和反射鏡把儀器對(duì)準(zhǔn)待測(cè)色源，探測(cè)器通過(guò)物鏡接收色源的輻射。使用彩色亮度計(jì)時(shí)，色源的被測(cè)部位應(yīng)有均勻亮度。儀器內(nèi)部沒(méi)有照明光源，因此測(cè)量物體色時(shí)，必須以標(biāo)準(zhǔn)光源照明物體，儀器可直接測(cè)得物體色的三刺激值和色品坐標(biāo)以及兩個(gè)樣品的色差。10.3.3色度計(jì)構(gòu)造原理

一種光電色度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)圖。光電色度計(jì)利用儀器內(nèi)部光源照明被測(cè)物體,可直接測(cè)得物體色的三刺激值和色品坐標(biāo),還可通過(guò)與計(jì)算機(jī)連接,計(jì)算出兩個(gè)物體的色差值。頂視圖和側(cè)視圖。儀器照明和觀測(cè)條件為0/d。光源光束經(jīng)過(guò)聚光鏡和45°角反射鏡投射到反射樣品上，由積分球收集被樣品反射的輻射通量。積分球內(nèi)壁涂有MgO或BaSO4的中性漫反射涂料。X,Y,Z三個(gè)帶有校正濾色器的探測(cè)器分別在球壁的三個(gè)測(cè)試孔同時(shí)接收。當(dāng)測(cè)量透射樣品時(shí),在反射樣品處放置與積分球內(nèi)壁同樣材料的中性白板,測(cè)得結(jié)果是透射樣品三刺激值10.4光源顏色特性的測(cè)量

光源的顏色特性:人眼直接觀察光源時(shí)所看到的顏色，這與一般物體色類似，可用三刺激值和色品坐標(biāo)來(lái)表示。評(píng)價(jià)物體在光源照明下所呈現(xiàn)的顏色效果,用顯色指數(shù)來(lái)表示。光源的顏色特性和一般物體色類似，只決定于光源輻射的光譜分布。一旦得到光源的光譜分布，就可計(jì)算出它的三刺激值、色品坐標(biāo)、相關(guān)色溫和顯色指數(shù)。測(cè)量光源光譜分布的儀器稱為光譜輻射計(jì)。光譜輻射計(jì)也是一種分光測(cè)量?jī)x器，基本原理和結(jié)構(gòu)與分光光度計(jì)相似，但由于測(cè)量對(duì)象是光源，而不是一般物體，所以與測(cè)色分光光度計(jì)相比有一些特點(diǎn)：10.4光源顏色特性的測(cè)量

(1)對(duì)波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和波長(zhǎng)分辨率要求高。光源光譜分布可能存在線狀光譜，要準(zhǔn)確測(cè)量線譜必須有高的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和高的分辨率。(2)比較測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不是標(biāo)準(zhǔn)白板和空氣，而是經(jīng)過(guò)精確定標(biāo)的已知光譜分布的標(biāo)準(zhǔn)光源。常用的標(biāo)準(zhǔn)光源有黑體、鎢帶燈、鎢絲燈等。黑體光譜分布可由普朗克公式準(zhǔn)確求得，因此，可作為測(cè)量光源光譜分布的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但黑體在實(shí)際測(cè)量中使用不方便且昂貴。所以常用通過(guò)黑體標(biāo)定的次極標(biāo)準(zhǔn)：鎢帶燈和專用鎢絲燈作為工作標(biāo)準(zhǔn)。鎢帶燈是將鎢帶通電流加熱發(fā)光的光源，可與黑體比較定出光譜輻亮度，故鎢帶燈可作為測(cè)量光譜輻亮度的標(biāo)準(zhǔn)。專用鎢絲燈可作為測(cè)量光譜輻照度的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)與黑體進(jìn)行比較定出光譜輻照度值。

10.4光源顏色特性的測(cè)量

光譜輻射計(jì)一般由入射部分、單色儀、光度計(jì)量部分、輸出裝置等組成。入射部分將標(biāo)準(zhǔn)光源和待測(cè)光源發(fā)出的光交替送進(jìn)單色儀。測(cè)光譜輻亮度時(shí)，要將選定的光源發(fā)光部位成像在單色儀的入射縫上。測(cè)光譜輻照度時(shí)，光源先照射在標(biāo)準(zhǔn)白板或散光器上，而后送進(jìn)單色儀。因此光譜輻射計(jì)為適應(yīng)測(cè)輻亮度和輻照度兩種用途而有不同的入射部分。有的儀器能包括進(jìn)行兩種測(cè)量的入射部件并且能夠方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。單色儀和輸出裝置在原理上與分光測(cè)色計(jì)相同。光譜輻射計(jì)的光度計(jì)量部分用來(lái)測(cè)量光能大小，標(biāo)準(zhǔn)燈與待測(cè)燈由同一單光路進(jìn)行，比分光測(cè)色計(jì)簡(jiǎn)單，儀器的雙光路部分則放在入射部分。不少光譜輻射計(jì)用各種分光光度計(jì)改制的專用設(shè)備?，F(xiàn)代光譜輻射計(jì)，不僅精度高，且用計(jì)算機(jī)控制，不僅可輸出光譜分布數(shù)據(jù)，可計(jì)算色品坐標(biāo)、顯色指數(shù)和相關(guān)色溫。10.4光源顏色特性的測(cè)量

色溫是用來(lái)描述光源本身顏色外貌的一個(gè)重要指標(biāo),除可用光譜輻射計(jì)測(cè)出光源的光譜分布，進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算求得外，還可用簡(jiǎn)單的色溫計(jì)來(lái)測(cè)量。常用的色溫計(jì)基本原理是雙色法。雙色法不需測(cè)量整個(gè)光譜分布，而是測(cè)量?jī)蓚€(gè)波長(zhǎng)的相對(duì)光譜功率的比值，從而推知色溫。如果以波長(zhǎng)為650nm的光譜輻射功率P(650)為基準(zhǔn)，其他波長(zhǎng)上光譜輻射功率與P(650)的比值用()=P()/P(650)，則在可見(jiàn)光內(nèi)取三個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域，如450nm,550nm,650nm為代表，(450)，(550)稱為藍(lán)－紅比值和綠－紅比值。它們與色溫的固定關(guān)系隨著色溫升高而增大,只要測(cè)出光源比值，便可知光源色溫。較好的“三色”色溫計(jì)可分別測(cè)出紅藍(lán)比(450)和綠紅比(550)。10.5熒光材料的顏色測(cè)量

熒光材料廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，其顏色也用三刺激值和色品坐標(biāo)表示，可用分光光度計(jì)和色度計(jì)測(cè)量。熒光材料和自發(fā)光體不同處在于：它只在其它光源照射下才有光發(fā)射。與一般物體的區(qū)別是：不僅能反射一部分照射光的光譜成分，而且在照明光的激發(fā)下能發(fā)射一定成分光譜的輻射，而這些光譜成分在照明光束中可能不存在，所以熒光材料的顏色決定于它反射和發(fā)射光譜的總和，其中發(fā)射光譜往往起主要作用。熒光材料測(cè)量一般有兩種測(cè)量方法。原理圖：通過(guò)激發(fā)單色儀給樣品以波長(zhǎng)為的單色光照射，用分析單色儀測(cè)量可見(jiàn)波段各波長(zhǎng)輻亮度因數(shù)(,)。對(duì)于不同的入射波長(zhǎng)都可測(cè)得相應(yīng)的輻亮度因數(shù)(,)，排列出數(shù)據(jù)矩陣。10.5熒光材料的顏色測(cè)量表熒光測(cè)量的輻亮度因數(shù)(,)反射和發(fā)射波長(zhǎng)

(nm)入射波長(zhǎng)

(nm)300310320750760770300(300,300)00000310(310,300)(310,310)0000320(320,300)(320,310)(320,320)000750(750,300)(750,310)(750,320)(750,750)00760(760,300)(760,310)(760,320)(760,750)(760,760)0770(770,300)(770,310)(770,320)(770,750)(770,760)(770,770)Stokes定律：發(fā)射波長(zhǎng)一定長(zhǎng)于激發(fā)波長(zhǎng)S()和R()分別為入射、出射輻射光譜分布10.5熒光材料的顏色測(cè)量10.5.2復(fù)合光照射測(cè)量法復(fù)合光照射測(cè)量法的激發(fā)光源由復(fù)合光源直接照明,可直接測(cè)出熒光材料在測(cè)試所用光源照射下的特性，測(cè)得物體的光譜輻亮度因數(shù)()，從而計(jì)算出三刺激值。但計(jì)算結(jié)果只局限于這種特定光源照射下的客觀效果，無(wú)法推算另一光源下此熒光材料的顏色特性。10.5熒光材料的顏色測(cè)量

在實(shí)際測(cè)量中常用D65光源照明下樣品的顏色特性來(lái)評(píng)價(jià)熒光材料的顏色特性。對(duì)D65光源不僅要求其光譜分布在可見(jiàn)光范圍內(nèi)與D65標(biāo)準(zhǔn)照明體相同，而且還必須將能激發(fā)熒光材料發(fā)光的光譜段內(nèi)的光譜分布與D65標(biāo)準(zhǔn)照明體一致。應(yīng)用復(fù)合光源照射來(lái)測(cè)熒光材料的儀器很多,熒光測(cè)色儀器將樣品放置在光源與單色儀之間,用復(fù)色光照射樣品;同時(shí)對(duì)熒光測(cè)色儀的光源光譜分布有要求,一定要模擬成為D65光源。

由于復(fù)合光源的光譜分布直接影響測(cè)量結(jié)果，因此測(cè)量時(shí)應(yīng)注明測(cè)量時(shí)所用光源的類型。

10.6白度的測(cè)量

白色是人們生活中最喜愛(ài)和最常見(jiàn)的一種顏色,白色又常是衡量工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一種標(biāo)志。在建材、輕工、紡織、造紙等工業(yè)部門，白色程度的評(píng)價(jià)是廣泛遇到的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)物體表面對(duì)可見(jiàn)光譜內(nèi)所有波長(zhǎng)的反射比都在80%以上，可認(rèn)為物體表面為白色。有些專家用三刺激值Y(即光反射比)和興奮純度(Pc)來(lái)表征白色。伯杰和麥克亞當(dāng)認(rèn)為：當(dāng)樣品表面Y＞70，Pc<10%時(shí)可當(dāng)作白色；格魯姆(Grum)等認(rèn)為物質(zhì)表面的Pc在0~12%且具有高反射比時(shí)可看作為白色。這些顏色位于色空間中相當(dāng)狹窄的范圍內(nèi)。雖然白色與其它顏色一樣可用光反射比Y、純度Pc和主波長(zhǎng)三維量來(lái)表示。但是人們常用白度(W)這個(gè)一維量來(lái)表示白的程度，將光反射比Y、純度Pc和主波長(zhǎng)不同的白色樣品根據(jù)白度排成一維等級(jí)來(lái)定量地評(píng)價(jià)物體的白色程度。10.6白度的測(cè)量

曾提出過(guò)一百種以上的白度公式，但是到目前為止還未能提出一個(gè)普遍使人滿意的通用白度公式。合理的白度公式取決于白色試樣的目視評(píng)定和色度學(xué)測(cè)量的相符合程度。但是白色程度高低的視覺(jué)評(píng)定很復(fù)雜，不僅受到愛(ài)好的習(xí)慣等復(fù)雜心理因素的影響，還與所從事的特殊職業(yè)和技術(shù)密切相關(guān)，與所評(píng)價(jià)對(duì)象質(zhì)量相關(guān)的白色性質(zhì)有關(guān)(例如與棉花和陶瓷相關(guān)的白色性質(zhì)就大不相同)。因此要使白度公式統(tǒng)一起來(lái)十分困難。CIE一直在力圖解決白度的定量評(píng)價(jià)一致性問(wèn)題，成立了“白度分委員會(huì)”，并于1983年正式推薦CIE1982白度公式。10.6白度的測(cè)量10.6.1白度的表達(dá)式A．單波段白度公式:

用一個(gè)光譜區(qū)的反射比來(lái)表示白度W公式，主要有W＝G;W＝B

式中,G:綠光反射比;B:藍(lán)光反射比。也稱為TAPPL公式。

ISO在造紙工業(yè)中采用主波長(zhǎng)為457±0.5nm，半峰寬度為44nm的藍(lán)光測(cè)定樣品的反射比，即W＝R457，造紙工業(yè)用它來(lái)評(píng)價(jià)紙張的白度，稱為ISO白度。B．多波段白度公式以特定波長(zhǎng)區(qū)域的反射比及其系數(shù)來(lái)反映樣品的白色程度。常用的公式有下列幾個(gè)：Taube公式：W＝4B－3G黃度指數(shù)：W=(A-B)/GA，G，B對(duì)應(yīng)于紅、綠、藍(lán)區(qū)的反射比，與三刺激的關(guān)系為10.6白度的測(cè)量當(dāng)已知樣品的三刺激值，可確定出A，G和B不同標(biāo)準(zhǔn)觀察者和標(biāo)準(zhǔn)照明體下的fXA,fXB,fZB觀察者照明體CIE1931(2)觀察者CIE1964(10)觀察者fXAfXBfZBfXAfXBfZBA1.04470.05390.35581.05710.05440.3520D550.80610.15040.92090.80780.15020.9098D650.77010.18041.08890.76830.17