色差仪有几种类型?三刺激值型色差仪与分光型色差仪有何区别?

  DOHO标准光源箱     |      2023-03-02

色差仪是利用内部的标准光源照明来测量透射色或反射色的光电积分测色仪,它可以用来直接测量物体色的三刺激值和色度坐标,还可以通过电子计算机显示出两个物体的色差值,是一种实用的测色仪器。不过,色差仪根据几何结构及测色原理的不用,可以分为不同的类型。本文对色差仪的类型及不同类型之间的区别做了简要的介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

分光式色差仪

色差仪的类型划分:

1.按几何结构分类

(1)积分球式色差仪

积分球是一个中空的金属球,其内表面涂有中等灰色的高反射漫射物质,如硫酸钡或聚四氟乙烯。进入这个球体的光线经过多次反射后都只能从测量孔或光源孔射出积分球。一束光从任意的不通过球心的角度照进积分球,经过球壁的多次反射后会从各个角度照射到样板,最终通过测量孔或光源射出积分球。测量孔是在与法线夹角成8°的位置,由一组光电管构成的探测器。例如三恩时公司的TS7020、TS7030、TS7036等色差仪就是这种结构的色差仪。

CIE没有明确规定积分球的开孔尺寸,只要求所有开孔面积不超过内表面积的10%,因此不同厂家的产品的开孔位置、尺寸及光源入射角度会有区别。与观测孔关于法线对称的地方有一个光阱,关闭光阱时镜面反射成分包含在内,简写作d/8:i(d表示漫反射照明,8是8度角接收,i指包括镜面反射),也可简写作SPIN。当光阱打开时去除了镜面反射,此条件简写作d/8:e,e指去除镜面反射。这种仪器不仅能测量不透明样品的颜色,还可以测量透明样品的颜色。

(2)环形照明式色差仪

理想漫反射物体对于任意一束光都将以漫反射形式即各方向等效地反射出去,为此入射光和观察者的角度并不重要,不会影响到观察结果,但真实物体表面并非理想漫反射表面,多少都会由于镜面反射成分和表面纹理而造成由于入射光和观察者的几何位置不同而表现出来的微小颜色差异。而环形照明则可以消除这种影响,其是以45°环形照明,0°(法线方向)观测的,可以缩写为:45/0:c。由于光路可逆,它与0°照明45°方向环形接收是等效的,该测色几何条件对应的色差仪有三恩时公司的 NR145+等。这种结构的仪器是完全不包括镜面反射光的,测得的数据与人眼观察一致,另外这种仪器只能测量不透明样品的颜色。


2.按测量原理分类

(1)三刺激值型色差仪

最早的便携式色差仪就是三刺激值型便携式色差仪,早在1931年科学家就提出从理论上假设并不存在于自然界的三种原色,即理论三原色,以X,Y,Z表示,以期从理论上来调配一切色彩。三色系统中,与待测光达到颜色匹配所需的三种原色刺激的量。用X(红原色刺激量)、Y(绿原色刺激量)和Z(蓝原色刺激量)表示。

三刺激值是引起人体视网膜对某种颜色感觉的三种原色的刺激程度之量的表示。根据亥姆霍兹的三原色理论,色的感觉是由于三种原色光刺激的综合结果。源于此理论科学家研发出了早期的三刺激值型便携式色差仪。

三刺激值型便携式色差仪主要是由三滤镜配合硅光电池作为三个传感器,结构相对简单,精度不高,比较适合测量不同样品间的色差,不适合用于例如反射滤光谱及色强度等复杂的色彩分析中。

(2)分光型色差仪

分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度,对该物质进行定性和定量分析的方法,分光型便携式色差仪的就是利用这种方法来测试的,准确度很高。

在分光光度计中,将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液时,便可得到与不同波长相对应的吸收强度。如以波长(λ)为横坐标,吸收强度(A)为纵坐标,就可绘出该物质的吸收光谱曲线。利用该曲线进行物质定性、定量的分析方法,称为分光光度法,也称为吸收光谱法。

分光型便携式色差仪一般采用衍射光栅或回折光栅,将光线按一定波长间隔分开,然后采用若干组传感器阵列进行感光分析。分光型便携式色差仪一般精度更高,对颜色也比较敏感,除了测量色差外,还可以测的每一波长选的反射率曲线,因此更适合于复杂的色彩分析。


积分球式色差仪与环形照明式色差仪的区别:

积分球类色差仪一般都有两种模式,也就是SCI和SCE,其中SCI是包含镜面反射光的方式,SCE是不包含镜面反射光的方式,积分球色差仪在SCE模式下,对平整、光滑、均匀样品进行测量,其读数与0/45°色差仪接近。

但是工业上一般不提倡这种测量方式,因为积分球色差仪去掉镜面反射模式测量的结果往往没有那么精确。这主要是因为任何一种样品的弧度和纹路将会一起镜面反射光不进入积分球的去除镜面反射孔,并使一些(常常是不稳定的)镜面反射光错误地包括在测量内。即积分球色差仪去除镜面反射是不完全的去除镜面反射,检测其或光栅在接收信号时将漫反射和镜面反射光都同时检测了,与人眼观测模式不同。因为人眼观测样品时都是完全去除镜面反射的,0/45°色差仪就是完全模拟人眼观察角度而设计的照明-观察模式。

两种实际颜色是完全相同但是由于一个表面光泽另一个表面处理不同,所以两种样看起来颜色就是完全不同的。积分球去除镜面反射测量出来的色差将非常小,但是实际我们用肉眼观察其色差却非常大。但是这是采用基于人眼观察角度而设计的0/465°的色差仪来测量,色差就是非常大的。因为0/45°色差仪的光学几何结果与人眼一致,检测出来的数据也能同人眼观测的效果相一致。

所以在检测表面处理不一致的工业生产产品时我们建议使用0/45°色差仪,这种更接近人眼的观察结果。不过现在色差仪的研发生产商在设计仪器是也会考虑到这种原因,现在不少市场上主流的积分球类色差仪的SCE模式已经能够非常优秀的去除镜面反射带来的测量误差了,其实选购产品是主要还是进行测量试机确定那一款更适合自己的产品。


三刺激值型色差仪与分光型色差仪的区别:

三刺激值色差仪有相对价格低廉,外形小巧,出众的灵便性以及操作简便的特点。它可以很方便地测得三刺激值。但是三刺激值色差仪却不适合用于例如反射率光谱及色强度等复杂的色彩分析中。分光型色差仪具有高精度性和不断增加的多功能性。由于它可以测得每一波长下的反射率曲线,因此更适用于复杂的色彩分析。三刺激值色差仪主要用于生产线及产品检查中的色差测量,而分光型色差仪通常用于实验室和产品开发研究中的高精度色彩分析和管理。它们的具体区别主要体现在以下三个方面:

1.设计原理不同

分光型色差仪是根据分光型原理设计的,三刺激式色差仪是根据三刺激值型原理设计的,而且分光式色差仪具准确性和不断增加的多功能性。

2.测量范围不同

分光型色差仪能同时测量SC和SCE,还可以模拟多种光源以及测得每一波长下的反射率,因此适用于复杂的色彩分析;三刺激值色差仪能自动比较样板与被检品之间的颜色差异,输出CIEL、a、b三组数据和比色后的△E、△L、△a、△b四组色差数据,可以用于简单的对色观察。

3.价格不同

分光型色差仪具有高精度性和不断增加的多功能性,适用性更广,因此价格也相对昂贵。三刺激值色差仪外形小巧、轻巧方便、操作简便单功能相对单一,因此价格比较便宜。