色差儀

色差儀是典型的光電積分式物質(zhì)顏色檢測(cè)儀器，這種儀器被廣發(fā)應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中多個(gè)領(lǐng)域的顏色檢測(cè)和顏色品質(zhì)的管理上。色差儀核心技術(shù)是利用儀器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)光源照明被測(cè)量的物體，經(jīng)過透射和反射測(cè)出物體的三次激值和色品坐標(biāo)；在需要測(cè)量?jī)煞N接近的顏色時(shí)，可以可以根據(jù)不同的色差公式計(jì)算出兩種顏色的色差。一般像色差儀這類儀器都配有專用的微機(jī)系統(tǒng)，可以對(duì)被測(cè)物體的顏色樣品進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理以及測(cè)試結(jié)果顯示打印等輸出操作。

在色差儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來(lái)看，這種儀器一般有照明光源、光電探測(cè)器、信號(hào)放大、數(shù)字顯示和打印、數(shù)據(jù)處理單元等幾大部分組成。其中光電探測(cè)器常用硅光電器件,并且分別帶有三個(gè)修正濾光片組，使其光譜響應(yīng)與CIE光譜三刺激值曲線)(λx、)(λy、)(λz相匹配。圖1所示為一種能測(cè)量物體反射或透射顏色樣品的色差儀的俯視圖和側(cè)視圖，這張圖里顯示的照明與觀察條件是0/d。光源的光束經(jīng)過光源的光束經(jīng)過會(huì)聚透鏡(和透射樣品)，以及45°反射鏡投射到反射樣品上，積分球收集樣品表面反射(或透過透射樣品)的輻射通量。積分球的內(nèi)壁涂有中性白色漫反射材料，如氧化鎂(MgO)或硫酸鋇(BaSO4 ) 。光電探測(cè)器X、Y、Z分別安裝在球壁的三個(gè)測(cè)量孔上，它們可以同時(shí)接收樣品的反射或透射輻射通量。測(cè)量透射樣品時(shí)，在樣品測(cè)量孔上放置氧化鎂或硫酸鋇中性白板。這類儀器可用于測(cè)量在某種CIE標(biāo)準(zhǔn)光源(如D65、C等)照明下，反射或透射顏色樣品的三刺激值和色品坐標(biāo)；如果需要測(cè)量熒光物體的熒光相關(guān)特性，則應(yīng)該采用具有紫外輻射的CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65作為照明光源(一般為模擬D65照明)，這樣才能真實(shí)反映熒光物體的顏色特性。

 

圖1  色差儀結(jié)構(gòu)示意

色差儀的精度與其光譜特性符合盧瑟條件的程度有關(guān)。一般，在色差儀探測(cè)器的光譜修正中，

想要是儀器完全符合盧瑟條件的理想狀態(tài)是不可能，只能近似匹配。為了減少光探測(cè)器光譜修正不完善所帶來(lái)的誤差，應(yīng)該根據(jù)待測(cè)樣品的顏色，選用不同的標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片來(lái)矯正測(cè)色儀器。將選定的標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片放入色差儀中，并調(diào)節(jié)儀器的輸出結(jié)果，使測(cè)得的三次激值與色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片的定標(biāo)值一致，這樣下來(lái)色差儀才能用于實(shí)際測(cè)試中。通常,色差儀配有4～10塊不同顏色的標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片,其三刺激值由高精度分光光度計(jì)預(yù)先標(biāo)定。如果被測(cè)的反射或透射色樣與校正用標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片的顏色相近,則可以認(rèn)為兩者具有近似的光譜反射或透射特性,這時(shí)色差儀測(cè)得的色度參數(shù)就有較高的可靠性。 

此外,色差儀的測(cè)量精度還與儀器的光源、光探測(cè)器的穩(wěn)定性等密切相關(guān)。在整個(gè)測(cè)量過程中,如果光源色溫變化,其相對(duì)光譜功率分布就會(huì)改變,導(dǎo)致其與盧瑟條件的匹配精度降低,故其測(cè)色精度也隨之下降。光探測(cè)器的光譜靈敏度發(fā)生變化也會(huì)造成同樣的后果。如果儀器的光探測(cè)器采用硅光電器件,那么該影響就可以大大降低。因此,為了保證測(cè)色儀器的長(zhǎng)期測(cè)量精度,需要定期進(jìn)行相關(guān)檢查,必要時(shí)應(yīng)該更換光源等器件。 

在儀器標(biāo)定之后的測(cè)量過程中,為了消除或減弱光源可能發(fā)生的變化對(duì)測(cè)色精度的影響,可以通過雙光路光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)加以改進(jìn),其中參考通道用于監(jiān)視照明光源的發(fā)光特性,并實(shí)時(shí)地修正光源波動(dòng)對(duì)測(cè)量通道中顏色信號(hào)的影響。  為滿足各種實(shí)際測(cè)量需求,色差儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有各種形式。  如圖2所示,這是便攜式色差儀的測(cè)量部件。其照明與觀察條件為8 /d方式,X、Y、Z探測(cè)器被漫射照明,標(biāo)準(zhǔn)色板或被測(cè)樣品的鏡面反射組分被光澤陷阱所吸收。該系統(tǒng)特別適用于對(duì)紡織品等的顏色測(cè)量,因?yàn)榧徔椘返慕?jīng)緯線對(duì)不同方向的入射光的反射特性不同,當(dāng)樣品在測(cè)量孔上旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)造成反射光的變化,而采用積分球收集反射光的方式,則可以減小這些影響。

圖2 8 /d幾何條件的測(cè)量部件

圖3為采用45 /0 照明與觀察幾何條件的測(cè)量部件示意。該結(jié)構(gòu)利用空腔反射的效果,把氙燈的光進(jìn)行均勻混合,并在45°方向上照射被測(cè)樣品,樣品表面的反射經(jīng)過光導(dǎo)纖維1照明X、Y、Z光電探測(cè)器,光導(dǎo)纖維2用以監(jiān)視氙燈發(fā)光強(qiáng)度的變化,并對(duì)光源波動(dòng)進(jìn)行修正。   

圖5 45/0幾何條件的測(cè)量部件  

這就是現(xiàn)在市場(chǎng)流通比較廣的顏色檢測(cè)儀器的內(nèi)部結(jié)果和原理，使用這種儀器為工業(yè)不上領(lǐng)域的顏色管理提供完善的解決方案，幫助生產(chǎn)商在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中贏的一種優(yōu)勢(shì)。

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