色差仪是一种常见的光电积分式测色仪器,它利用仪器内部的标准光源照明被测物体,在整个可见光波长范围内进行一次积分测量,得到透射或反射物体色的三刺激值和色品坐标,并通过专用微机系统给出三个被测样品之间的色差值。这是一种操作简便,价格便宜,在工业生产、科研实验、质检、商检和计量部门有着广泛应用的光学分析仪器。本文对色拆测色原理及基本构成作了介绍。
色差仪的测色原理:
色差仪是一种常见的光电积分式测色仪器,它利用仪器内部的标准光源照明被测物体,在整个可见光波长范围内进行一次积分测量,得到透射或反射物体色的三刺激值和色品坐标,并通过专用微机系统给出两个被测样品之间的色差值。该仪器通过将若干颜色玻璃覆盖在探测器上的方法修正探测器的相对光谱灵敏度γ(λ),使由仪器光源、光学系统和探测器组成的仪器的光谱特性综合响应等价于CIE标准照明体D65与10°视场色匹配函数的乘积,这样就能用一次积分测量出被测样品的三刺激值X,Y,Z,色差一满足卢瑟条件。
对D65/10°:
其中:Kx,Ky,Kz为与波长无关的常数;S(λ)为仪器光源的相对光谱功率分布;SD(λ)为标准照明体Dss的相对光谱功率分布;τx10(λ),τy10(λ),τz10(λ)为由颜色玻璃组合的特定修正滤光器的光谱透射比;γ(λ)为探测器加修正滤光器前的相对光谱灵敏度;x10(λ),y10(λ),z10(λ)为10°视场标准色度观察着色匹配函数。
由色度学理论可知被测样品(D65/10°)的三刺激值为:
其中:φ(λ)是色刺激函数,对反射色,它等于样品的绝对光谱反射因数;对透射色,它是样品的光谱透射比。
当仪器光源发出的光照射样品表面时,样品会对其产生反射、透射和吸收等调制作用.经样品调制的光被光电探测器接收后,产生3个光电流,这些光电流经过 I/V转换和放大后可得到与样品3刺激值成正比的电压值:
Vx=A1X,Vy=A2Y,Vz=A3Z
Vx,Vy,Vz经模数转换后,以数字量形式输入专用微机进行信息处理和计算,最后由微机终端输出被测样品的三刺激值和其它导出的颜色参量。
色差仪的基本构成:
光电积分测色色差计仿照人眼感色的原理,采用能感受红、绿、蓝三种颜色的受光器,将各自所感受的光电流加以放大处理,得出各色的刺激量,从而获得这一颜色的信号。光电积分式仪器总的光学条件应符合卢瑟条件。
测色色差计主要包括测头、数据处理器(含显示器及打印机>、直流电源及附件四部分。测色仪测头由照明光源,滤色器,硅光电池,隔热玻璃,凸透镜,导光筒,挡板,积分球等组成。其中:
1.积分球
积分球是测色仪的重要构成部件,在很大程度上决定了测色仪的使用寿命、测量精度和长期重复性。
2.数据处理系统
数据处理系统包括放大电路、A/D转换、中央处理器、显示、打印等数据输出。采用微控制器进行数据处理,通过液晶显示和打印输出各种色度数据。
3.照明光源
内部光源照明系统:采用低能耗的特殊发光管,经修正后作为测色用的标准照明体D65,保证220V+22V,50Hz+1Hz的稳定电压确保光源发光的稳定性。测色仪内部照明光源通常是标准A光源,而实际应用中都需要测量物体在标准D65和C光源下的色度值,因此要模拟出D65光源,使仪器总的光谱灵敏度符合D65下的卢瑟条件。
4.光谱三刺激值
选用CIE1964补充观察者10°视角的数据;仪器照明几何条件为0/d。
5.观察条件
符合CIE所规定的0°入射/45°接收条件。光谱条件,总体响应等价于CIE标准照明体D65及10°视场色匹配函数下的三刺激值X10、Y10、Z10(以下简写为X、Y、Z,最终可获得测色的五种表色系统:CIEY10X10y10(1964),CIE:X10Y10Z10(1964),L*a*b*(1976),L*C*H°(1976)及Hunter Lab和色差计算的三种表色系统:△E*ab(△L*△a*△b*),△E*ab(△L*△C*ΔH*)及Hunter△E(△L △a △b)。不同表色系统的测得数据均可以由计算机进行相互转换,并以数字显示、可打印输出。