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摘要：分光式色度仪是颜色测量中最基本的仪器 ， 由于它能够给出色源的光谱功率分布 ， 可以使我们获得色源光学特性的详细而全面的基本信息 ， 在色度学的应用中具有重要的意义 。 本文首先介绍了色度仪的基本原理和分类 ， 然后重点介绍了分光式色度仪需要校准的原因（主要目的是消除四类误差：波长标定误差 ， 光电探测器阵列误差 ， 非线性误差 ， 杂散光导致的误差） ， 为需要精准颜色测量的工业应用提供了重要的参考 。
准确的颜色测量在工业应用中是非常重要的 ， 例如在染料和染色工业 ， 摄影摄像 ， 平板显示等多个领域 ， 都需要精准的颜色测量才能让消费者满意 。 但是颜色是一个心理物理量 ， 人们对于颜色的感知是通过人眼接收物体反射或透射的光信号来认识的 。 人眼对于物体表面光谱特性相同的物体通常并不一定有相同的颜色主观感觉 ， 这就需要客观的颜色测量设备来实现颜色的精准测量 ， 色度仪就是我们最常见的颜色测量的物理测试设备 。
按照测试原理的不同 ， 我们将色度仪主要分为两种： 一种是采用滤光片法的色度仪 ， 即采用光电二极管加上滤光片 ， 把光电二极管的响应曲线修正为与人眼的三刺激值响应曲线接近 ， 用探测器来模拟人眼 ， 基本原理如图一所示 。滤光片法的优点在于测试速度快 ， 但是由于滤光片光谱透过率不可能和CIE标准曲线一致 ， 因此一定会存在不小的误差 ， 而且这种误差会随着待测样品和环境而变化 。
图一
另一种方法是采用分光光谱法的色度仪 ， 它是把从色源发射的光首先色散成单色光 ， 然后在可见光光谱范围内均匀选取大量波长点测量一定波长间隔内的光通量 ， 从而得到光谱的能量分布 ， 最后通过计算得到待测色的三刺激值 。基本原理如图二所示 。
图二
分光式色度仪是颜色测量中最基本的仪器 ， 由于它能够给出色源的光谱功率分布 ， 可以使我们获得色源光学特性的详细而全面的基本信息 ， 在色度学的应用中具有重要的意义 。 要实现高精度的颜色测量 ， 或对采用滤光片法的色度仪进行定标 ， 或建立色度标准 ， 都必须借助于分光光谱法的色度仪 。 另外 ， 通过分光色度仪获得的光源光谱功率分布也可以求得光源的色温或者显示指数 ， 这是一部分应用需要获得的重要参数 。
分光式色度仪的结构主要由两部分功能组成 ， 一个是单色仪 ， 主要是将光源发出的复色光色散成单色光 ， 另一个是探测器 ， 对单色光进行定量测量 。 按照扫描方式的不同可以分为机械扫描式分光色度仪和电子扫描式分光色度仪 。 机械扫描式是通过单色仪的机械扫描来完成光谱测量 ， 测量速度慢 ， 工作效率低 ， 目前已不适合在工业生产中使用 。 电子扫描式采用光电探测器阵列来实现多通道快速测量 ， 是目前主流分光色度仪采用的技术方法 。 光电探测器阵列的发展是随着光电探测半导体技术的不断发展而产生的 ， 目前主要是三种传感器件 ， 包括CCD（电荷耦合器件）；SPD（自扫描光电二极管阵列）；CID（电荷注入器件） 。 其中CCD 和 SPD 在电子扫描式分光色度仪中均有使用 ， 而SPD（Self-scanning Photodiode Array ）是使用的最普遍的分光色度仪光电探测器阵列 。
SPD（自扫描光电二极管阵列）可以直接安装在分光色散系统的出射狭缝处 ， 如图三所示 。 全部单色光谱辐射都同时从出射狭缝射出 ， 射到自扫描光电二极管阵列上 ， 光电探测器阵列同时获得了整个光谱能量的分布信息 ， 实现了对样品颜色的快速精准测量 。
图三
分光式色度仪对颜色的精准测量是基于可靠有效的校准之上的 ， 校准消除了分光式色度仪中的多种误差 ， 保证了颜色测量的精度 ， 这里主要对分光式色度仪中的波长标定误差 ， 光电探测器阵列误差 ， 非线性误差和杂散光导致的误差做进一步详细的探讨 。
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