分光测色仪的设计研究

摘 要: 介绍了测色分光光度计的基本要求和特点; 简要说明了测色分光光度计软件系统的基本组成和要求 ;分析了波长范围对色度计算精度的影响 ;并对色度计量中标准白板的要求做了介绍。


测色分光光度计与分析用的分光光度计都用于测 量物体的光谱透射比或光谱反射比 ,因此有许多共同   之处。 事实上测色分光光度计就是由分析用的分光光 度计发展而来的。但是两种分光光度计的用途不同 ,所 以测色分光光度**有自己的特点与其用途相适应。 2  照明和观测条件     **大多数的待测物体不是完全的漫反射体 ,因而 照明和观测条件对于光谱反射率因数测量的**度和 实测结果产生影响 ,为了提高测量精度和统一测量方   法 , CIE于 1971年正式推荐四种测色的标准照明和观 测条件: o /d、 d /o、 o /45和 45 /o,任何仪器都**满足 其中的一种。     3  分光测色用光源   测量物体表面的颜色 ,**在一定的光源下进行。     为了统一颜色的标准 , CIE规定了测色的标准照明体 和标准光源。 CIE对“照明体”和“光源”加以区分: “光   源”是指能发光的物理辐射体 ,“照明体”是指特定的光 谱功率分布 (以表格函数形式给出 ) ,这一光谱功率分     布不是**由一个光源直接提供 ,也不一定能用光源 来实现。   CIE推荐的标准照明体有 A、 B、 C、 D、 E。   4  分光测色波长范围的选定 在 CIE出版物 No15. 2 ( 1986)推荐的三刺激值计算公式中 ,求和的波长范围为 360~ 830 nm,波长间隔
 
为 1 nm。要求得准确的三刺激值就应按照上述要求进行。 但目前市场上许多测色分光光度计的测量范围仅
 
为 400~ 700 nm。 由于两端波长范围的截去就会带来三刺激值的计算误差 , 在 CIE出版物中指出: 从实际
 
目的出发 ,波长范围可取 380~ 780 nm; 如果波长范围小于 380~ 780 nm,将会导致误差。 我们研制的 SP-1000分光测色仪 ,按两种波长范围测试结果如下:

计算表明: ( 1) 波长范围取为 380~ 780 nm 时计算三刺激值引起的**大误差也是很小的 ,而且这些误差主要来自短波截去的影响。( 2) 波长范围取为 400~ 700 nm 时 ,有可能造成较大的误差; 短波截去对 Z 值影响**大 ,对 Y 值影响很小; 长波截去对 X 值影响**大 ,对 Z 值没有影响。 因此 ,测色分光光度计的波长范围取为 380~ 780 nm较为适宜。
 
荧光材料的颜色特性也是用三刺激值和色品坐标表示的。 荧光材料不仅能反射一部分照射光的光谱成分 ,而且在照明光的激发下它能发射一定成分的光谱 , 所以荧光材料的颜色决定于它反射和发射光谱的总和 ,即
 
UT (λ) = US (λ) +  UL (λ) ( 7)
 
式中 UT (λ) 为波长λ处的总光谱辐亮度因数; US (λ) 为波长λ处反射辐亮度因数; UL (λ)为波长 L 处的荧光辐亮度因数。
 
荧光材料光谱特性的理想分析方法是双单色仪法: 它通过激发单色仪给样品以某一单色光照射 ,然后用分析单色仪来测量可见波段各波长 λ的辐射度因数。
 
许多荧光样品在紫外光辐照下可以获得**大程度的激发 ,因此测色用荧光分光光度计的波长范围一般
 
为 300~ 780 nm。
 
5  色度计量中标准白板的应用
 
测色分光光度计是通过样品反射或透射的光能量与在同样条件下标准反射或透射的光能量进行比较而得到样品的光谱反射因数 R 或光谱透射比 f的。透射标准是空气 ,反射标准是完全反射漫射体 ,又称朗伯表面。现实中不存在这种理想概念的实物标准 ,但是可以应用物理技术来校准实物。我**色度的**家基准采用双球法对色度基准白板进行了**测量 , 然后用光谱光度法将反射比量值传递到保持量值的副基准和工作基板组上 ,并通过传递标准白板向各省 (市 ) 计量部门或使用单位传递色度量值。样品的光谱反射因数 R (λ) 可由下式计算
 
R (λ) = Ro (λ) *  r (λ) =  ko r (λ) ( 8)
 
  r (λ)  
  o  
 
式中 Ro (λ) 为标准白板的光谱反射比; ro (λ) 为标准白板对应的光谱响应量值; r (λ) 为样品对应的光谱响应量值; ko 为校正系数。
工作标准白板除了要求反射比高、中性好、不透光、表面平整均匀及漫射性尽量好外 ,更重要的是**具备: ( 1)光学稳定性好 ,长期重复使用量值不变。 ( 2)
处理是体全息存储的重要应用**域。
 
事实上 ,有一些应用对容量、数传率和存取速率有特别的要求 ,而如今还没有可满足这些要求的设备。 体全息存储具有满足这些要求的潜力 ,并行通道探测阵列再加上大数据页面能达到很高的数据读出率 ,并且相位编码参考光复用方案能快速访问大型数据库 ,因而在存储体系中占据重要地位。
 
**初体全息存储主要应用于大型图书馆以长期保存文本、视频和声频数据。 随着数据采掘的兴起 ,人们的兴趣已由大型的数据仓库向发现数据间的联系以辅助决策或精细化商业程序方向发展。体全息存储因具有内容寻址的能力而在这一应用**域有很大的吸引力。
 
3  结束语
 
( 1) 任何新的存储技术都**同市场上已经成熟的技术进行竞争。例如 ,磁盘存储现在是 0. 03美元 /M B[16]。如果体全息存储不够便宜 ,就不会有市场 ,用户不会为了性能上的微小改善而付出额外的费用。 存储容量要超过 300G B,体全息存储才能在硬件和价格上同磁存储竞争 ,而这大约需要 3000美元 , 这显然大大超出了普通 PC机用户所愿意承担的存储费用。 所以体全息存储技术的发展目标不应是为取代现有的成熟技术 , 而是作为存储体系的一个必要补充。
 
( 2) 体全息存储技术尽管已经取得很大进展 ,然而离商品化还有距离。 对体全息存储系统来说 ,要以较低的价格实现激光、空间光调制器和探测器阵列的对准 ,还是一个巨大的挑战。
 
( 3) 寻找合适的存储材料对体全息存储来说仍是一个尚待解决的问题 ,**今还没有一种材料同时具有性能、容量和价格的综合优势。
 
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(上接第 282页 )
 
具有耐磨、抗震特性 ,在频繁的日常使用中不致损坏工作表面。 ( 3)便于清洁。 满足上述技术条件 ,常用作工作标准白板的材料有: 釉面陶瓷白板、抛光乳白玻璃、搪瓷白板等。
 
参比标准白板固定于双光路测色仪的参比光束窗口处 ,其反射比量值不必知道 ,但要求反射比高、漫射性好、光谱选择性小等特点。 主要用于仪器校准基线 , 以及在测量中消除诸如光源和探测器灵敏度不稳定 , 或光路不对称等因素带来的系统误差。 BaSO4、 Ha Lo n 及 Mg O等压制成的漫射白板可满足参比标准白板的技术要求。
 
6  色度测量仪器的软件系统
文件: 标准照明体 ,如常用的 A、 C、 D65、 CW F、 TL84等;
 
标准观察者 ,如 CIE1931标准色度观察者、 CIE1964
 
补充标准色度观察者 ;标准白板参数以及仪器本身的校正数据等。各种颜色参数的计算公式 ,只要不是专用仪器 ,就应尽量齐全 ,以供用户选择。如三刺激值、色品坐标的计算; 多种色差的计算 , 如 CIELAB、 FM C-
 
Ⅱ 、 HUN T ER、 ANLAB ( P)、 JPC79、 CM C ( 1∶ 1)、
 
CM C ( 2∶ 1)等; 多种白度指数、黄度指数、沾色牢度、变色牢度等的计算。 具体数学模型可根据设计要求查阅有关文献来实现。