颜色测量仪器有哪些类型?分光测色的测色原理是怎样的?

  DOHO标准光源箱     |      2023-09-07

颜色测量仪器就是通过一定的途径求得三刺激值的工具,根据颜色测量方法(目视法、三刺激值法和分光光度法)的不同,颜色测量仪器可以分为目视色度计、光电积分式测色仪器和分光测色仪三种。本文对颜色测量仪器的类型及分光测色的测色原理做了介绍,对颜色测量知识感兴趣的朋友可以了解一下!

分光测色仪

颜色测量仪器的类型介绍:

颜色测量可以用三种不同的方法:目视法、光电积分法(三刺激值法)和分光光度法。与此相应,色度仪器可分为三种:目视色度计、光电积分式测色仪器和分光测色仪。

1.目视色度计

目视测色方法是用目视比较产品与标准颜色的差别,实际操作时应该在规定的CIE标准照明体下进行,一般可采用A光源(色温2856K)、D65或“北窗光”照明。目视色度计可用目视的方法将试验色与一种可调节的颜色进行匹配。视场包括一个或几个试验色占据的面积和比较色占据的面积,观察者调节比较视场的颜色,直至试验面积和比较面积相匹配为止。

目视法的测量结果包含人为因素,结构比较复杂,且精度不高,现在已很少使用。

典型的目视色度计有:赖特色度计、斯太尔斯三色色度计、唐纳森六原色色度计、麦克亚当双目色度计和伯纳姆色度计。

2.光电积分式测色仪器

光电积分法是通过把探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE(国际照明委员会)标准色度观察者光谱三刺激值曲线,或某一特定的光谱响应曲线,来对被测量的光谱功率进行积分测量。

光电积分式测色仪器的响应很象人眼的视觉系统,通过直接测得的与颜色的三刺激值成比例的仪器响应数值,直接换算出试验色的CIE三刺激值。有两种主要的方法用来修正物理探测器,如光电池或光电倍增管的光谱响应,使它们的光谱响应大小正比于颜色的三刺激值。一种方法是使用一个带有光谱样板的双单色仪;另一种是使用滤色片。光电积分式测色仪器测量速度快,但测量精度没有分光光度计高。

3.分光测色仪

分光测色仪器是颜色测量最基本的仪器。这类仪器不是直接测量颜色的三刺激值本身,而是测量物体的光谱反射或光谱透射特性,也就是测量物体的光谱辐亮度因数或光谱透射比。再选用CIE推荐的标准照明体和标准观察者,通过积分计算求得颜色的三刺激值。

这是一种精确测量颜色的色度仪器,而且随着科学技术的发展,目前已制成自动化、智能化的分光测色仪。


分光测色的测色原理:

分光测色仪测量光谱透射比或光谱反射比都是采用比较法。是通过定量地比较某些已知光谱特性的“标准”(参照物)和样品在同一波长上透射或反射的单色辐射功率,从而测出样品的光谱透射比或光谱辐亮度因数。测量透射样品时选用空气作为参照标准,空气是理想透射体,在整个可见光谱范围内透射比均为1。测量反射样品时,用完全反射漫射体作为参照标准。完全反射漫射体的反射比在各个波长上均为1。但是,没有一种实际材料有这样的特性,只能选择与它性质比较接近的材料作为工作标准,目前常采用烟熏、压粉或喷涂的氧化镁,硫酸钡,也有采用海龙(halon)、白陶瓷板等作为参照物的。这些材料要求在个波长上反射比尽可能接近1,而且耐久、易于制造、价格便宜。权衡各个条件,硫酸钡是现在最好的一种材料。

为了实现比较测量,可以有两种方案。最简单的是采用单光路,仪器只有一条光路,将参照物和样品依次交替放在光路中进行测量。该方案的优点是能够严格保持参照物和样品在同一光路中进行测量。另一种方案是将单色光分成两束光,一束通过参照物,另一束通过样品。双光束系统最基本的要求是保持两光路对称,光学特性一致。并且在微机控制的仪器中,也可以用微机校正光学特性的不一致性。

采用比较测量能够补偿测量中由于光源的不稳定和探测器灵敏度、光学系统透射比、分光元件效率等随波长而变化的各种因素的影响。这些因素对样品和参照物具有相同的影响而自动地相互抵消。


分光测色仪的发展趋势:

从技术层面来看,未来分光测色仪主要向以下几个方面发展:

1.目前大多数都采用了双光束光谱仪的结构,可有效补偿光源发光不稳定对测量造成的影响,从而使仪器具有非常好的测量精度,这在采用脉冲氙灯作为光源的仪器中是非常必要的。当前双光束光谱仪在分光测色仪中已较多采用,未来必将成为标配。

2.通常认为分光测色仪的光谱分辨率和采样间隔都在10nm左右即可保证足够的测量精度,但1nm光谱分辨率和采样间隔的仪器市面上已经出现,随着光电探测器技术的成熟和广泛使用,分光测色仪的光谱分辨率和采样间隔必将朝着更高方向发展。

(3)越来越多的仪器会采用内部自动校正功能,包括标准白板校正和光谱定标。经常的内部自动校正不仅能保证仪器良好的准确性和重复性,而且使用方便无需手动操作,适用于在线式测量的特点。

(4)未来仪器必将具有更好的重复性,大多数分光测色仪与台式分光测色仪一样具有更佳的仪器间一致性,向更高精度发展。

从当前的应用需求来看,未来大多数分光测色仪主要向以下几个方面发展:通用性强,可广泛应用于各种行业,满足更多的使用场合;快速的信息反馈及闭环控制,可以用来更快地优化生产工艺,更准确地保持产品质量;更好的稳定性及更长的使用寿命;更友好的软件,完善的数据管理,方便操作人员控制,减轻劳动量。