隨著測色儀器的不斷發(fā)展，市面上出現(xiàn)了各種類型的測色儀器，其中常見的就有分光測色儀。這種儀器不直接測量顏色的三刺激值，而是測量物體的光譜輻亮度因素或光譜反射比，再根據(jù)CIE標準色度觀察者光譜三刺激函數(shù)計算出樣品的三刺激值X、Y、Z等色度的參數(shù)。本文對分光測色儀的測色原理及組成作了介紹。

分光測色儀的測色原理：

分光測色儀是顏色測量中最基本的儀器，這類儀器不是直接測量顏色的三刺激值本身，其測量顏色的過程主要包括物體反射或透射光度特性，也就是測得物體的光譜輻亮度因數(shù)或光譜透射比，由此根據(jù)CIE標準色度觀察者光譜三刺激函數(shù)計算出樣品的三刺激值X、Y、Z等色度的參數(shù)。

常規(guī)的分光測色儀局限在可見光范圍內(nèi)。CIE推薦精度計算，波長間隔為1nm，在大多，數(shù)使用中可取5nm，光譜范圍取360nm～830nm，在大多數(shù)使用中可取380nm~780nm的波段內(nèi)測得各波長的光譜反射（或透射）率。由于這類儀器測得的是最基本的顏色光學(xué)數(shù)據(jù)，它可以用計算的方法靈活地得出物體顏色在各種條件的三刺激值 XYZ。根據(jù)光譜信號采集的方式，分光式儀器可分為單通道掃描式和多通道采集式。

分光測色儀的組成：

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)定了標準照明體，有A、B、C、D、E。

標準照明體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準照明體，相當于相關(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，有四種測色的標準照明和觀察條件：

（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（縮寫為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準（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，空氣作為參照標準，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）作為參照標準。

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。