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。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(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。