第10章色度的測(cè)量及其儀器

1、第第10章章 色度的測(cè)量及其儀器色度的測(cè)量及其儀器 第第10章章 色度的測(cè)量及其儀器色度的測(cè)量及其儀器 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(chēng)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(chēng)為光譜反射比0。我國(guó)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 3978-83)， 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

2、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。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)色儀器的組成分光測(cè)色儀器的組成A光源光源 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

3、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(lèi)：(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(mǎn)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

4、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 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

5、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)色儀器的組成分光測(cè)色儀器的組成(1) 光度的平衡法測(cè)量光度的平衡法測(cè)量光學(xué)平衡法：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

6、。10.1.3 分光測(cè)色儀器的組成分光測(cè)色儀器的組成(1) 光度的平衡法測(cè)量光度的平衡法測(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)色儀器的組成分光測(cè)色儀器的組成(2) 光度的比率法測(cè)量。光度的比率法測(cè)量。 光度比率法是將解調(diào)后

7、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

8、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(lèi)分光測(cè)色儀器分類(lèi)10.1.4 分光測(cè)色儀器分類(lèi)分光測(cè)色儀器分類(lèi)分光光度法：分光光度法：、。：利用分光色散系統(tǒng)對(duì)被測(cè)光譜進(jìn)行機(jī)械掃描：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。實(shí)現(xiàn)光譜功率分布測(cè)量。：精度很高，但測(cè)量速度較慢。：精度很高，但測(cè)量速度較慢。(a) 多光路探測(cè)技術(shù)多光路探測(cè)技術(shù)：多光路同時(shí)性只

9、在紅外波段實(shí)現(xiàn)，在可：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)。見(jiàn)光區(qū)只能部分實(shí)現(xiàn)。(b) 多通道探測(cè)技術(shù)多通道探測(cè)技術(shù)：即平行探測(cè)法。：即平行探測(cè)法。：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)：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。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)。是采用多通道技術(shù)。10.1.4 分光測(cè)色儀器分類(lèi)分光測(cè)色

10、儀器分類(lèi)：脈沖式、直流式脈沖式、直流式脈沖光源：脈沖光源：接近接近D65的脈沖氙燈、高光強(qiáng)、即時(shí)精度和重復(fù)性高的脈沖氙燈、高光強(qiáng)、即時(shí)精度和重復(fù)性高直流式照明：直流式照明：色溫接近色溫接近A光源的鹵鎢燈，光源穩(wěn)定、短波光強(qiáng)低、光源的鹵鎢燈，光源穩(wěn)定、短波光強(qiáng)低、影響精度。影響精度。10.1.5 現(xiàn)代分光光度計(jì)的特點(diǎn)u20世紀(jì)30年代一只樣品測(cè)色需2 分鐘以上，u20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，u瑞士Datacolor公司DC 3520 R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

11、時(shí)間少于0.3 秒，u90年代，該公司的3881 Texflash型、DC 3890型、ELrepho 2000A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)。n10 年前所用的測(cè)色儀器其波長(zhǎng)間隔多在5 nm、10 nm、20 nm，n至今瑞士Datacolor公司產(chǎn)品波長(zhǎng)間隔已達(dá)0.8 nm。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，n過(guò)去反射率達(dá)0.2，現(xiàn)達(dá)0.010.02 。(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，u

12、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，u能進(jìn)行鏡面和非鏡面測(cè)定。u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。u測(cè)色條件諸如光源、視場(chǎng)、分光間隔等均可變化。u有的儀器正、逆向(多色光和單色光照明)均可測(cè)定；u反射、透射皆可應(yīng)用。u有的儀器如瑞士MCS能用于大型物體(汽車(chē))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

13、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 Datacolor 3890 測(cè)色原理圖GE SpectrophotometerDiano-Match Scan SpectrophotometerHunter D54P-5 SpectrophotometerZeiss DMC-26 Sp

14、ectrophotometerMabeth MS-2000 SpectrophotometerCM2600 7000A CM-3600dCM-512m3SPECTRO COLOR 45/0 5、常用分光光度計(jì) 型號(hào)型號(hào)光學(xué)結(jié)構(gòu)光學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)量孔測(cè)量孔尺寸尺寸mm波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍/間隔間隔色度色度重復(fù)性重復(fù)性光范圍光范圍/分辨率分辨率Texflash-2000d/0, 脈沖氙燈脈沖氙燈雙光束雙光束, 128單單元元SPD-400700nm0.03 ECIELAB -SF-600PLUSd/8, 脈沖氙燈脈沖氙燈雙光束雙光束, 128單單元元SPDSCI/SCE 2.5 5.0 26360700nm/

15、10, 5 nm0.01 ECIELAB0200% MF-200d (便搬式便搬式)d/8, 脈沖氙燈脈沖氙燈128單元單元SPD 18400700Nm / 10nm0.05 ECIELAB 0200%瑞士瑞士 Datacolor 公司公司美國(guó) X-Rite 公司型號(hào)型號(hào)光學(xué)結(jié)構(gòu)光學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)量孔測(cè)量孔尺寸尺寸mm波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍/ 間隔間隔色度色度重復(fù)性重復(fù)性光度范圍光度范圍/分辨率分辨率SP-68便攜式便攜式d/8, 鹵鎢燈鹵鎢燈16 8 4400700nm/10nm0.05 E*ab0200%SP-88便攜式便攜式d/8, 充氣鎢絲燈充氣鎢絲燈藍(lán)區(qū)增強(qiáng)藍(lán)區(qū)增強(qiáng)SPD, SCI/SCE 840

16、0700nm/10nm0.0 E*ab0200%10.3 色度計(jì)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(lèi)。 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

17、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)色度計(jì) 光電色度計(jì)最初稱(chēng)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(xiāo)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 盧瑟盧瑟(Luther)條件和校正濾色器條件和校正濾色器在D光源

18、照射下物體三刺激值 dxSkXD)()()(dySkYD)()()(dzSkZD)()()(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。d)()()()(SkIXXAXd)()()()(SkIYYAYd)()()()(SkIZZAZ 則測(cè)色儀的總靈敏度特性與則測(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，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。色度計(jì)的精度與儀器符合盧瑟條件的程度有關(guān)。程度有關(guān)。)(x)(S)()()(SDXXA)(y)(S)()()(SDYYA)(z)(S)()(

19、)(SDZZA10.3.1 盧瑟盧瑟(Luther)條件和校正濾色器條件和校正濾色器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)：j 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(lèi)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(lèi)色度計(jì)有三個(gè)探測(cè)元件X2(), Y(), Z()。 ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) , ( ) , ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )CCCXYZXAYAZASxSySzK SK SK

20、 S 10.3.1 盧瑟盧瑟(Luther)條件和校正濾色器條件和校正濾色器 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。)()()()(21KC1( )( )1,2,KCiiaiK 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)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(mǎn)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

21、，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(chēng)為儀器定標(biāo)。 1122 , , gbXK RK RYK GZK B10200012102000 , , , gbXXYZKKKKRRGB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410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)造原理色度計(jì)構(gòu)造原理A目視色度

22、計(jì)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) 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(lèi)繁多，但基本原理相同。10.3.3 色度計(jì)構(gòu)造原理色度計(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)

23、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

24、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)量光源顏色特性的測(cè)量 光源的顏色特性:l人眼直接觀察光源時(shí)所看到的顏色，這與一般物體色類(lèi)似，可用三刺激值和色品坐標(biāo)來(lái)表示。l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(lèi)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(chēng)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

25、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(zhuān)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

26、，故鎢帶燈可作為測(cè)量光譜輻亮度的標(biāo)準(zhǔn)。專(zhuān)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

27、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(zhuān)用設(shè)備。現(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

28、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(chēng)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

29、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)(

30、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)( )( )( )( )XxYKRyZz770300)(),()(SRS()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 復(fù)合光照射

31、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

32、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(lèi)型。 10.6 白度的測(cè)量白度的測(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(mén)，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(zhuān)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Y70，Pc10%時(shí)可當(dāng)作白色；格魯姆(Grum)等認(rèn)為物質(zhì)表面的Pc在012%且具有高反

33、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(mǎn)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

34、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)量白度的測(cè)量10.6.1 白度的表達(dá)式白度的表達(dá)式A單波段白度公式單波段白度公式: 用一個(gè)光譜區(qū)的反射比來(lái)表示白度W公式，主要有WG ; WB 式中, G:綠光反射比; B:藍(lán)光反射比。也稱(chēng)為T(mén)APPL公式。 ISO在造紙工業(yè)中采用主波長(zhǎng)為4570.5nm，半峰寬度為44nm的藍(lán)光測(cè)定樣品的反射比，即WR457，造紙工業(yè)用它來(lái)評(píng)價(jià)紙張的白度，稱(chēng)為ISO白度。B多波段白度公式多波段白度公式

35、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： W4B3G 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 , , XAXBZBXfAf BYGZf B11 , , XBXAXAZBZBfAXZGYBZffff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CIE 1931 (2) 觀察者CIE 1964 (10) 觀察者fXAfXBfZBfXAfXBfZBA1.04470.05390.35581.05710.05440.3

36、520D550.80610.15040.92090.80780.15020.9098D650.77010.18041.08890.76830.17981.0733D750.74460.20471.22560.74050.20381.2073C0.78320.19751.18220.77720.19571.1614YZXYI)06. 128. 1 (100常見(jiàn)的黃度指數(shù)YI是10.6 白度的測(cè)量白度的測(cè)量C以明度以明度L(或光反射比或光反射比Y)和純度表示的白度公式和純度表示的白度公式 麥克亞當(dāng)公式式中，Y為白色表面的光反射比；Pc為色度純度；K為常數(shù)。D與色差概念有關(guān)的白度公式與色差概念有關(guān)的白度公式 將理想漫反射體的白度定為100，用樣品的白度與理想漫反射射體的白度