第5章顏色測(cè)量和測(cè)色儀器

1、第五章 顏色測(cè)量和測(cè)色儀器,5.1 測(cè)色方法綜述測(cè)量方法：目視法、光電積分法、分光光度法。1、目視法：在某種規(guī)定的CIE標(biāo)準(zhǔn)光源下（如標(biāo)準(zhǔn)光源A、D65或“北窗光”等）利用人眼的觀察。要求操作人員具有豐富的顏色觀察經(jīng)驗(yàn)和敏銳的判斷力，即便如此，其測(cè)量結(jié)果仍然包含了一些人為的主觀因素，而且工作效率很低。2、光電積分法：通過(guò)把探測(cè)器的光譜響應(yīng)匹配成所要求的CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值曲線或某一特定的光譜響應(yīng)曲線，從而對(duì)探測(cè)器所接

2、收到的來(lái)自被測(cè)顏色的光譜能量進(jìn)行積分測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量速度很快，具有適當(dāng)?shù)臏y(cè)量精度。缺點(diǎn)：無(wú)法測(cè)出顏色的光譜組成,5.1 測(cè)色方法綜述,3、分光光度法：測(cè)定物體反射的光譜功率分布或物體本身的反射光度特性，然后根據(jù)光譜測(cè)量數(shù)據(jù)可計(jì)算出物體在各種標(biāo)準(zhǔn)光源和標(biāo)準(zhǔn)照明體下的三刺激值。分光光度法：光譜掃描、同時(shí)探測(cè)全波段光譜。(1)光譜掃描法：利用分光色散系統(tǒng)對(duì)被測(cè)光譜進(jìn)行機(jī)械掃描，逐點(diǎn)測(cè)出各個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的輻射能量，由此達(dá)到光譜功率分布的測(cè)量

3、。特點(diǎn)：精度很高，但測(cè)量速度較慢。,(2) 同時(shí)探測(cè)全波段光譜法：,(a) 多光路探測(cè)技術(shù)：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)。(b) 多通道探測(cè)技術(shù)：即平行探測(cè)法。優(yōu)點(diǎn)：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)都是采用多通道技術(shù)。多通道測(cè)色系統(tǒng)的照明光源：脈沖式、

4、直流式脈沖光源：接近D65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：色溫接近A光源的鹵鎢燈，光源穩(wěn)定、短波光強(qiáng)低、影響精度。,5.2 顏色測(cè)量原理,5.2.1 測(cè)色原理,5.2.2 測(cè)色公式,1、光電積分法 2、分光光度法,反射物體,透射物體,5.3 測(cè)色儀器,5.3.1 反射分光光度計(jì)1、照明和觀測(cè)條件的選擇根據(jù)實(shí)際觀測(cè)物體情況來(lái)選擇照明和觀測(cè)條件。 舉例：印染工作者通常要盡力避免

5、鏡面反射進(jìn)入眼睛，大多數(shù)的測(cè)試采用 0/d SPEX。計(jì)算機(jī)配色采用 0/d SPINC在線顏色測(cè)量采用 0/45 和 45/0,2、測(cè)色分光光度計(jì)分類(lèi),(1) 按照明受光的幾何條件多色漫射照明積分球的多色照明方式快速掃描型分光光度計(jì),(1) 按照明受光的幾何條件,單色漫射照明用積分球的單色照明方式的測(cè)定系統(tǒng),(2) 按照明光源種類(lèi),單獨(dú)采用鹵素鎢絲燈鹵素鎢絲燈與濾色鏡結(jié)合，氙閃光燈氙快

6、速弧光燈。(3) 按比較用白色標(biāo)準(zhǔn) 絕對(duì)反射率白板、 計(jì)算機(jī)貯存的標(biāo)準(zhǔn)白板(4) 按對(duì)鏡面反射光的措施 光澤吸收阱切斷鏡面反射光、計(jì)算方法去除。(5) 按分光元件 衍射光柵、干擾濾色鏡、連續(xù)干擾濾色鏡(6) 按入射光束：?jiǎn)喂馐㈦p光束。,3、現(xiàn)代分光光度計(jì)的特點(diǎn),（1）測(cè)色和計(jì)算速度快20世紀(jì)30年代一只樣品測(cè)色需2 分鐘以上，20世紀(jì)80年代初Macbeth公司的2020光柵分光型測(cè)色只要

7、3 秒鐘，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)色一次時(shí)間少于0.3 秒，90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、

8、波長(zhǎng)間隔等有關(guān)。10 年前所用的測(cè)色儀器其波長(zhǎng)間隔多在5 nm、10 nm、20 nm，至今瑞士Datacolor公司的產(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，過(guò)去反射率達(dá)±0.2％，現(xiàn)達(dá)±0.01％～0.02 ％。,（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，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，

9、能進(jìn)行鏡面和非鏡面測(cè)定。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。測(cè)色條件諸如光源、視場(chǎng)、分光間隔等均可變化。有的儀器正、逆向(多色光和單色光照明)均可測(cè)定；反射、透射皆可應(yīng)用。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)

10、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。,（5）閃光雙光束分光光度計(jì),測(cè)量角度依不同的結(jié)構(gòu)表面而定，如專(zhuān)為紡織品、紙張?jiān)O(shè)計(jì)d／8o，d／0漫射零度；以閃光氙燈作光源，每個(gè)顏色用閃光測(cè)色只需一次；

11、樣品的反射光及光源光線在瞬時(shí)閃光被接受，同時(shí)分光，同時(shí)以整列接收器作光線強(qiáng)度測(cè)定及對(duì)比(雙光束)；用濾色片調(diào)節(jié)光源中的紫外部分能量，模擬日光，克服氙燈老化，有利于熒光樣品測(cè)量；可依用途更換濾光片裝置；垂直測(cè)量避免了積分球沾污，符合人體運(yùn)動(dòng)原理；冷態(tài)測(cè)色防止了溫度升高影響測(cè)色準(zhǔn)確；無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，避免了機(jī)械磨損，不會(huì)產(chǎn)生故障；勿需空氣冷卻裝置，因?yàn)槭遣话l(fā)熱設(shè)計(jì)；樣品測(cè)定面積可連續(xù)調(diào)整。,4、測(cè)色分光光度計(jì)的測(cè)色方法,利用已知標(biāo)準(zhǔn)

12、白板的絕對(duì)反射率定標(biāo)測(cè)定樣品的反射率?(?)或透射率? (?)計(jì)算求得三刺激值和色度坐標(biāo)測(cè)量及計(jì)算的內(nèi)容：絕對(duì)反射率值?(?)或絕對(duì)透射率值 ?(?)；吸收率lg ?(?) ；K(?) / S(?)函數(shù)值；絕對(duì)反射率的平均值；三刺激值X、Y、Z；色度坐標(biāo)x、y；均勻顏色空間L*、a*、b*；表色值C*、h，色差?E、?L*、?C*、?H*、?h以及其他一系列可以計(jì)算的擴(kuò)展數(shù)值。,Spectrophotometry,re

13、flector source slit collimator dispersing element collimator,slit sample detector read out,Spectrophotometry,a double-beam instrument,JFY-QS色彩分析儀光路圖,l、樣品擺放臺(tái)2、測(cè)量孔徑3、積分球4、紫外

14、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 Spectrophotometer,Diano-Match Scan Spectrophotometer,Hunter D54P-5 Spectrophotometer,Zeiss DMC-26 Spectrophotometer,MIN

15、OLTA CM -1000,Mabeth MS-2000 Spectrophotometer,Mabeth Color-Eye 3000 Spectrophotometer,Mabeth Color-Eye 7000A (雙光束結(jié)構(gòu)）,5、常用分光光度計(jì),,瑞士 Datacolor 公司,美國(guó) X-Rite 公司,6、分光光度計(jì)測(cè)色數(shù)據(jù)處理及標(biāo)準(zhǔn),（1）測(cè)色數(shù)據(jù)處理1949年Hardy發(fā)明一種與波長(zhǎng)指示器一起用照明體A、B、C

16、的簡(jiǎn)單手控積分儀，還對(duì)他的分光光度計(jì)連接上三種機(jī)械加法器，以便自動(dòng)完成求和。1960年早期在分光光度計(jì)上接上常規(guī)的圖表和磁帶穿孔機(jī)，以便于反射率值能輸入到能應(yīng)用加權(quán)坐標(biāo)法的離線計(jì)算機(jī)。1969年為了在17種波長(zhǎng)下每種反射率的模擬等值能自動(dòng)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，分光光度計(jì)對(duì)接了模擬計(jì)算機(jī)，同年美國(guó)VA(Varian Associates)和英國(guó)ICS(Instrumental Colour Systems)分別對(duì)接分光光度計(jì)到數(shù)字計(jì)算機(jī)上更利于

17、模擬。,（1）測(cè)色數(shù)據(jù)處理,20世紀(jì)70年代初用小型微機(jī)取代了大體積計(jì)算機(jī)。70年代中期計(jì)算機(jī)不僅用來(lái)處理數(shù)據(jù)和計(jì)算各種色度值，而且用來(lái)自動(dòng)控制儀器的驅(qū)動(dòng)和校正，可以貯存各種程序和數(shù)據(jù)，其輸出輸入通訊設(shè)備效率提高而大大便于操作?，F(xiàn)代分光光度計(jì)三刺激值只需按下測(cè)量按鈕，在零點(diǎn)幾秒之內(nèi)就可以得到。 微機(jī)的出現(xiàn)并非一概有利，如分光光度計(jì)與微機(jī)連接，意味著測(cè)試選擇被限制，同時(shí)數(shù)據(jù)和程序差錯(cuò)很難檢查出來(lái)并消除，若需改動(dòng)程序則常常會(huì)帶來(lái)

18、意想不到的后果。,（2）數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)和物理標(biāo)準(zhǔn),a．?dāng)?shù)字標(biāo)準(zhǔn)：物理標(biāo)準(zhǔn)即使貯藏在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在應(yīng)用時(shí)也不可避免地產(chǎn)生變化，而現(xiàn)代分光光度計(jì)從長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)考慮到標(biāo)準(zhǔn)的精確性而使度量標(biāo)準(zhǔn)成為可行，如同事先準(zhǔn)備一樣，是貯存數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)而非重新測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。b．物理標(biāo)準(zhǔn)： 1965年英國(guó)染色工作者協(xié)會(huì)顏色測(cè)量委員會(huì)推薦了英國(guó)陶瓷協(xié)會(huì)的瓷板（BCRA瓷板）作為各種顏色中產(chǎn)生的一組絕對(duì)永久的物理標(biāo)準(zhǔn)。 1968年1000套(每套12塊)標(biāo)準(zhǔn)瓷板，由英國(guó)國(guó)立物

19、理研究所或由美國(guó)Hemmnendinger研究所提供光譜反射率和色度值，作為相對(duì)于專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的偏差評(píng)定方法予以銷(xiāo)售。經(jīng)驗(yàn)顯示該瓷板用于監(jiān)測(cè)儀器之間的差異，對(duì)黃、栗、深藍(lán)最有效。,b．物理標(biāo)準(zhǔn)：,1983年彩色瓷板標(biāo)準(zhǔn)II型(兩對(duì)色差瓷板): 一對(duì)表示光譜完全不同的色差， 一對(duì)更復(fù)雜，表示非同色異譜色差。 NBS Standard Reference Material 2101～2105濾色片組是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)檢驗(yàn)分

20、光光度計(jì)透射色的標(biāo)準(zhǔn)玻璃板，每組由紅、黃、綠、藍(lán)、中性灰5種玻璃板組成，由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局提供光譜透射率及色度值，給出的三刺激值都是在CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體下測(cè)試的，并給出了因某些誤差因素而引起的三刺激值的變化。,5.3.2 光電測(cè)色儀器,光電積分測(cè)色儀：直接測(cè)量色源的三刺激值和色度 光電積分測(cè)色儀器最初稱(chēng)為三刺激色度計(jì)，是由亨特在20世紀(jì)40年代初，以“NBS”為色差單位，在?、?均勻色坐標(biāo)體系的基礎(chǔ)上而開(kāi)發(fā)的相應(yīng)光電測(cè)色儀器，并于

21、1950年制造和銷(xiāo)售。不久又開(kāi)發(fā)了Hunter-Lab體系的光電色差計(jì)。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。光電積分測(cè)色儀原理：光電測(cè)色儀是仿照人眼紅、綠、藍(lán)三個(gè)基本顏色色覺(jué)的原理而制成的。模擬人眼方法：人眼色覺(jué) = 光電二極管 + 濾色器 三塊濾色鏡能符合人眼的色覺(jué)程度，這種相互一致的條件稱(chēng)為盧瑟條件，是決定光電測(cè)色儀功能的重要因素。,1、盧瑟條件及修正,（1）盧瑟條件在D光源照射下物體三刺激值,標(biāo)準(zhǔn)光

22、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。,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，IX = X，Iy = Y，IZ = Z 。,盧瑟條件：,,（2）盧瑟條件的修正,光電測(cè)色儀：三元件式、四元件式。 制作最困難是與人的色感覺(jué)相一致的紅色傳感器。 X刺激值分布曲線有兩個(gè)峰值。要制造具有這種透過(guò)特性的濾色鏡很不容易。所以一般用兩個(gè)濾色鏡來(lái)代替。為了使結(jié)構(gòu)

23、簡(jiǎn)單，藍(lán)原色刺激值(Z?)光譜分布比濾色鏡所測(cè)定的值縮小約1／4，再加上紅色光譜分布的一部分。,正常色覺(jué)者(實(shí)線)和偏色覺(jué)者(虛線)的色感覺(jué)光譜分布,最常用的修正方法,預(yù)先準(zhǔn)備顏色穩(wěn)定的若干顏色板作為標(biāo)準(zhǔn)色，用最接近試樣顏色的色板進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)光電測(cè)色儀的測(cè)定值與用分光光度計(jì)預(yù)先求得的標(biāo)準(zhǔn)差值而進(jìn)行修正，但是這樣操作很復(fù)雜，因此一般在用光電測(cè)色儀制定標(biāo)準(zhǔn)色板時(shí)，都調(diào)整儀器本身，使測(cè)定值與分光光度計(jì)測(cè)色值X、Y、Z相一致，采用這種方法每當(dāng)

24、顏色改變時(shí)，就要進(jìn)行一次儀器的調(diào)整工作也很麻煩。 然而在光電測(cè)色儀中接上專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，預(yù)先準(zhǔn)備在各種波段中修正盧瑟條件的程序，可使工作效率提高，復(fù)雜程度減少，同時(shí)將各個(gè)濾色鏡進(jìn)行修正，改為將三塊濾色鏡所輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次結(jié)合計(jì)算，并將結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理可改進(jìn)修正精度，即使如此，修正后仍有在理論上不可避免的差異。,2、光源和照明受光幾何條件,光電測(cè)色儀大多是用 45o/ 0o 。 光電測(cè)色儀使用白板進(jìn)行100％修正，然而白

25、板的校正值是用積分球式分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)色的。由于受光的幾何條件不相等，導(dǎo)致光電測(cè)色儀的精度降低。,兩種測(cè)色儀的測(cè)色值比較,要解決上述問(wèn)題要做到下述幾點(diǎn)：,45o入射和0o反射的測(cè)色幾何條件近似于目測(cè)，只要能準(zhǔn)確調(diào)整盧瑟條件，光電測(cè)色還是能接近于理想的。若測(cè)色數(shù)據(jù)用于計(jì)算機(jī)配色，可將色樣和試染織物同時(shí)測(cè)色，再通過(guò)計(jì)算機(jī)修正計(jì)算予以縮小。對(duì)修正計(jì)算后的試樣進(jìn)行試染。,3、光電測(cè)色儀介紹,（1）DCM-3型數(shù)字測(cè)色色差計(jì)的構(gòu)成

26、數(shù)字測(cè)色色差計(jì)由光電源、探測(cè)器、主機(jī)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)色板和測(cè)試附件組成。探測(cè)器采用45／0的照明觀察方法，以單光源、雙光束及非球面鏡和螺紋透鏡的結(jié)構(gòu)，同時(shí)取半球面反射輻射的原理，使各接受器獲得均勻的信號(hào)。（2）其他光電測(cè)色儀介紹 目前用于光電測(cè)色的測(cè)色儀有多種，北京理工大學(xué)研制的FS-100～FS-600型便攜式色差計(jì)就是其中之一。其國(guó)外同類(lèi)儀器有：日本日電公司P6R-100DP型，美能達(dá)公司CR-100型、CR-200

27、型，美國(guó)亨特實(shí)驗(yàn)室D25-PC2型等。,光電測(cè)色儀特征及主要技術(shù)規(guī)格：,標(biāo)準(zhǔn)照明體：輸出D65、10o視場(chǎng)下的色度值色差?E：HunterLab、L*a*b*、?L*、?C*、?H*準(zhǔn)確度：?X、?Y ≤ ? 1.5；?x、?y ≤ ? 0.02重復(fù)性：?E*ab ≤ 0.15測(cè)色面積：?20 mm、?2～4 mm、兩種照明探測(cè)方式： FS-100型0／d、FS-200型0／45 FS-

28、300型30o照明同軸探測(cè) FS-400型d／0、FS-500型45／0 FS-600型透射色差計(jì)(測(cè)量厚度10～40 mm)工作電源：AC 220 V ? l0％ 50 Hz ? 3％,5.3.3 光密度計(jì),光密度計(jì)非常類(lèi)似與光電測(cè)色儀，主要差別在于接收系統(tǒng)的總光譜靈敏度不符合CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜三刺激值。 盡管光密度計(jì)測(cè)得的值不是CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者觀察到的顏色，但它仍在產(chǎn)

29、品生產(chǎn)過(guò)程及材料質(zhì)量控制中非常合適和有用的儀器。光密度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)： D（s；g：g’；s’） 例如：DR（3000 K；0o±5o：45o±5o , V） 表示用一色溫為3000 K的光源正入射樣品，以45o眼睛觀察反射光密度，下標(biāo)R指測(cè)量反射光密度。,光密度計(jì)分類(lèi)：反射、透射、反射和透射,反射測(cè)量：建議采用45/0照明和觀測(cè)條件。應(yīng)用：彩色密度術(shù)主要應(yīng)用于照相業(yè)和圖片藝術(shù)品印刷業(yè)產(chǎn)品的加工及生產(chǎn)質(zhì)量控

30、制。例如反射和透射印刷品曬印曝光量的計(jì)算和控制。透射測(cè)量：有兩種照明和觀測(cè)條件：（1）漫射，即照明是準(zhǔn)直的并正入射樣品表面，以半球面來(lái)接收；（2）鏡向，即入射和透射光被限制在一小錐角內(nèi)，錐角大小要詳細(xì)說(shuō)明。例如 f / 4.5 或 f / 1.6 等。 在圖片藝術(shù)品印刷中，光密度計(jì)用于印刷機(jī)的質(zhì)量控制，用它可評(píng)價(jià)最后的印刷圖象，確定在制版時(shí)蒙片修正的要求等。隨著現(xiàn)代固體接收系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定度的提高，光密度計(jì)已能進(jìn)行在線

31、測(cè)量。,5.4 熒光測(cè)量,5.4.1 熒光材料1、熒光增白劑 目前熒光增白劑廣泛地用于紙張、紡織物、塑料等方面以提高它們?cè)诳梢?jiàn)光譜藍(lán)區(qū)的反射比。 熒光增白劑本身并不是白色的，它對(duì)色調(diào)的影響是由于在近似白色的物體中添加了可見(jiàn)光譜藍(lán)光區(qū)的熒光發(fā)射而產(chǎn)生的目視增白效果。 我們定義染料熒光的CIE三刺激值之和為有效熒光，而增白效果則正比于有效熒光。此時(shí)有效熒光可以作為增白本領(lǐng)的度量。,三種濃度的熒光增白劑典型的吸

32、收譜和其中一種濃度的發(fā)射譜曲線,2、熒光染料,熒光染料是染料的一種，它吸收可見(jiàn)光和近紫外輻射的能量后又發(fā)射波長(zhǎng)不同的可見(jiàn)光。,……為吸收譜，——為發(fā)射譜若丹明溶液的吸收和發(fā)射光譜,5.4.2 熒光材料的測(cè)量,1、總光譜輻亮度因數(shù) 總光譜輻亮度因數(shù)是在多色光照明下，來(lái)自熒光物體表面的反射和發(fā)射的輻亮度與在相同照明觀測(cè)條件下非熒光參考樣品的反射輻亮度之比。CIE于1977年正式定義其為“相對(duì)輻亮度”或“光譜輻亮度因數(shù)”，表達(dá)

33、式如下： ?T(?) = ?S(?) + ?L(?)式中?T(?)為波長(zhǎng)? 處的總光譜輻亮度因數(shù)；?S(?)為波長(zhǎng)? 處反射輻亮度因數(shù)(介質(zhì)反射的輻亮度與在相同輻照條件下完全反射漫射體的輻亮度之比)；?L(?)為波長(zhǎng)? 處的熒光輻亮度因數(shù)(介質(zhì)熒光的輻亮度與在相同輻照條件下完全反射漫射體的輻亮度之比)。,光譜輻亮度因數(shù)又可表示為,?T(?) = [S(?)?t(?) + F(?)

34、]/S(?)?r(?) = ?t(?) + F(?)/S(?)式中：?t(?)為樣品的真實(shí)光譜反射比 ?r(?)為參考標(biāo)準(zhǔn)的光譜反射比(設(shè)?r(?)=1) F(?)為樣品的真實(shí)熒光光譜發(fā)射率 S(?)為所用光源的光譜輻亮度 ?L(?) = F(?)／S(?) 在測(cè)量樣品的總光譜輻亮度因數(shù)時(shí)應(yīng)使用

35、漫射光照明，樣品法線和觀測(cè)方向夾角不應(yīng)超過(guò)10o，即d／0條件，反射比?t(?)用輻亮度因數(shù)?S(?)代替。,真實(shí)熒光光譜發(fā)射率,在光源S(?) 照明下，樣品吸收的總的量子數(shù)為N，其真實(shí)熒光光譜發(fā)射率為F(?)。 如果用另一個(gè)光源S*(?) 照明樣品，吸收的量子數(shù)為N*，則真實(shí)熒光光譜發(fā)射率為：F*(?) = (N*／N) F(?) 熒光通量的光譜功率分布僅僅與熒光樣品的發(fā)射光譜有關(guān)，而發(fā)光強(qiáng)度卻與兩個(gè)參數(shù)有關(guān)：

36、 ①材料的熒光量子產(chǎn)出率； ②材料吸收用來(lái)激發(fā)熒光的總光子數(shù)。熒光材料測(cè)量方法：①根據(jù)定義進(jìn)行的直接測(cè)量法，此時(shí)照明光源的光譜功率分布必須標(biāo)準(zhǔn)化并且要仔細(xì)控制；②分別測(cè)量?S(?)和?L(?)，然后根據(jù)光譜功率分布把它們結(jié)合起來(lái)。,2、總光譜輻亮度因數(shù)測(cè)量,測(cè)量總光譜輻亮度因數(shù)的光學(xué)系統(tǒng) d/0,2、總光譜輻亮度因數(shù)測(cè)量,測(cè)量總光譜輻亮度因數(shù)的光路 (0/45),測(cè)量舉例：,曲線1：含有熒光增白別樣品的總

37、輻亮度因數(shù)曲線2：該樣品的普通反射比曲線3：該樣品的熒光發(fā)射曲線4：某非熒光白色樣品的總輻亮度因數(shù)和反射比,總光譜輻亮度因數(shù)與普通光譜反射比,白色熒光塑料樣品的總光譜輻亮度因數(shù)與普通反射比,曲線l：總光譜輻亮度因數(shù)曲線2：普通反射比曲線3：熒光輻亮度因數(shù),3、變量分離法測(cè)量,（1）雙單色儀法系統(tǒng)主要組成部分： 激發(fā)單色儀 傳播光路 樣品支架 分析單色儀

38、 該裝置可測(cè)量在單色輻照和單色接收條件下的熒光發(fā)射、激發(fā)或吸收譜及光譜反射因數(shù)。通常是用45/0條件，但也可使用積分球。對(duì)該系統(tǒng)的唯一要求是分析單色儀的帶寬要保證不大于輻照單色儀的帶寬，以便排除系統(tǒng)中的熒光發(fā)射。,雙單色儀可用于測(cè)量任何熒光樣品的真實(shí)反射輻亮度因數(shù)、真實(shí)熒光譜和真實(shí)激發(fā)譜。 雙單色系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果舉例,1、發(fā)射譜；2、激發(fā)譜；3、反射輻亮度因數(shù),熒光材料的色度學(xué)計(jì)算,雙單色儀測(cè)量數(shù)據(jù)可用

39、于計(jì)算熒光量子產(chǎn)出綠、反射分量和熒光分量的三刺激值及其他色度學(xué)參數(shù)，例如白色樣品的白度等。熒光材料的色度學(xué)計(jì)算的公式： 式中：Ti 為總的三刺激值 X、Y、Z ?S(?)為反射輻亮度因數(shù) S(?)為照明體的光譜功率分布 ti(?)為CIE光譜三刺激值 F(?)為樣品的真實(shí)熒光發(fā)射

40、(和光源無(wú)關(guān)) K為歸一化常數(shù)。,由上式及分離的變量計(jì)算出的色度值，應(yīng)該與由總光譜輻亮度因數(shù)測(cè)量得到的色度值相等，條件是設(shè)測(cè)量時(shí)所用的光源非常近似于方程中的S(?)。 由總光譜輻亮度因數(shù)計(jì)算色度學(xué)參數(shù)時(shí)方程：式中?T(?)為當(dāng)所用光源非常接近于計(jì)算色度學(xué)參數(shù)所用光源S(?)時(shí)的總光譜輻亮度因數(shù)；Ti、K、S(?)、ti(?)定義同前。,（2）測(cè)量每一單色入射光引起 的全部

41、熒光光譜功率分布,用這個(gè)方法可以獲得許多熒光光譜功率分布曲線，由這些曲線求得作為波長(zhǎng)函數(shù)的熒光發(fā)射率；然后決定對(duì)入射激發(fā)光的吸收，并計(jì)算來(lái)自樣品的熒光分量，最后把這個(gè)量加到非熒光反射光中以獲得總的結(jié)果。該過(guò)程因太繁瑣而不便于使用。,4、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題,（1）對(duì)光源的要求準(zhǔn)確地模擬相應(yīng)的觀測(cè)用照明體含有足夠的紫外成分穩(wěn)定的輻照光源的光譜功率分布,用三種不同輻照光源照射白色熒光樣品所獲得的總光譜輻亮度因數(shù),--- 氙燈，一D65熒光

42、燈，… 3000 K 鎢絲燈,（2）參考標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方式,測(cè)量方式： 推薦使用積分球及d／0條件，這時(shí)樣品的表面結(jié)構(gòu)及其特性對(duì)于測(cè)量結(jié)果影響很小。 積分球效率不僅取決于球內(nèi)壁的涂層及不同的開(kāi)口面積，而且與放在測(cè)量口處樣品的材料性質(zhì)有關(guān)，因?yàn)檫@時(shí)樣品也對(duì)輻照光源的光譜功率分布有所調(diào)制。參考標(biāo)準(zhǔn)要求：參考標(biāo)準(zhǔn)必須穩(wěn)定，不含任何熒光材料，推薦使用硫酸鋇粉末壓制的平板。,（3）測(cè)量用光譜光度計(jì)的校準(zhǔn),儀器校準(zhǔn)方法：使用

43、標(biāo)準(zhǔn)白板對(duì)儀器光譜靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)白板的總輻亮度因數(shù)應(yīng)和反射比值相同，因?yàn)樗鼈儾缓瑹晒馕镔|(zhì)。使用釹玻璃、氧化釹玻璃及對(duì)發(fā)射譜線進(jìn)行了嚴(yán)格定義的線光源對(duì)儀器的波長(zhǎng)分度進(jìn)行定標(biāo)。,反射輻亮度因數(shù)測(cè)量其他的方法,濾光片減光法： 在輻照光束中采用一系列銳截止濾光片以減少或消除激發(fā)能量，以便由測(cè)量的總光譜輻亮度因數(shù)中獲得反射輻亮度因數(shù)；雙方式法： 它是測(cè)量反射輻亮度因數(shù)的最簡(jiǎn)單的方法，用同一臺(tái)儀器既可以進(jìn)