颜色测量常用仪器有哪些？光电积分测色仪器的组成结构是怎样的？

颜色的度量是一门涉及物理光学、视觉心理等各学科的新兴科学，随着光学、电子技术和光电子技术的不断发展，以及电子计算机的广泛应用，出现了许多测色仪器，常用的就有光电积分式测色仪器。这种仪器利用仪器内部的标准光源照射被测物体，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。本文对光电积分测色仪器的组成结构及要求进行了简要的介绍。

颜色测量常用仪器类型：

目前，常用的色测量仪器主要分为光电积分式和分光光度式两类，它们都根据色度学三基色原理和混色原理进行颜色测量，并符合CIE标准色度系统推荐的标准照明体和规定的照明观察条件，定量地比较“标准”和“样品”在同一波长上的单色辐射功率，从而测量出样品的光谱透射比或光谱反射比。

1.光电积分测色仪器

光电积分测色仪器又称为色差计，通过模拟人眼光谱三刺激值特性，用光电积分效应直接测得样品的三刺激值X，Y和Z，再由此计算出样品的色品坐标等参数。这类仪器利用滤光片，对所用光电探测器的光谱响应进行滤色修正，这种将总光谱特性修正成与标准观察者相互一致的条件称为卢瑟条件。但在实际的滤色修正中，由于色玻璃的品种有限，仪器不可能完全符合卢瑟条件，只能近似符合。因此，光电测色仪精确度不高，但能准确测出两个色源之间的差别，适用于测量精度要求不是很高行业的快速质检、在线检测。例如三恩时科技的TS7036、TS7020就属于光电积分测色仪器。

2.分光光度测色仪器

分光光度测色仪器又称分光测色仪，这类仪器通过计算物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值X，Y，Z，再转成均匀色空间标度L*，a*和b*。分光测色仪主要由单色仪和探测器两个部分组成，其中单色仪起分光作用，有棱镜单色仪和衍射光栅单色仪两种。分光测色仪通过探测样品的光谱成分确定其颜色参数，所以精度非常高，稳定性好，不仅反映波长反射率光谱曲线图的变化，更能精确地反映L*，a*和b*数值，而并非仅用于色差的比较，适用于纺织印染，染料、颜料、涂料，塑料着色及油墨等对测色要求较高的行业。例如三恩时科技的TS7708、YS4580、TS8296等型号就属于这类仪器。

光电积分测色仪的组成结构：

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，从而或得这一颜色信号。光电积分式仪器总的光学条件符合卢瑟条件。

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）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o/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：CIE Y10 x10 y10（1964），CIE：X10 Y10 Z10（1964），L*a*b*（1976），L*C*H（1970）及HunterLab和色差计算的三种表色系统：△Eab*（△L*△a*△b*），△Eab*（△L*△C*△H*）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。

光电积分测色仪对组成结构的要求：

在系统结构上，色差计通常由照明光源、光电探测器、信号放大、数字显示和打印、数据处理单元等几大部分组成。其中光电探测器常用硅光电器件，并且分别带有三个修正滤光片组，使其光谱响应与光谱三刺激值曲线x（λ）、y（λ）、z（λ）相匹配。

上图所示为一种能测量反射或透射颜色样品的色差计的俯视图和侧视图，其照明与观察条件是0/d。光源的光束经过会聚透镜（或透射样品），以及 45°反射镜投射到反射样品上，积分球收集样品表面反射（或透过透射样品）的辐射通量。积分球的内壁涂有中性白色漫反射材料，如氧化镁（Mg0）或硫酸钡（BaSO4）。光电探测器X、Y、Z分别安装在球壁的三个测量孔上，它们可以同时接收样品的反射或透射辐射通量测量透射样品时，在样品测量孔上放置氧化镁或硫酸钡中性白板。这类仪器可用于测量在某种CIE标准光源（如D65、C等）照明下，反射或透射颜色样品的三刺激值和色品坐标；如果需要测量荧光物体的荧光相关特性，则应该采用具有紫外辐射的 CIE 标准照明体D65作为照明光源（一般为模拟 D65照明），这样才能真实反映荧光物体的颜色特性。

同样，色差计的精度与其光谱特性符合卢瑟条件的程度有关。一般，在色差计探测器的光谱修正中，要使仪器完全符合卢瑟条件是不可能的，只能是近似匹配。为了减少光探测器光谱修正不完善所带来的误差，应该根据待测样品的颜色，选用不同的标准色板或标准滤色片来校正测色仪器。将选定的标准色板或标准滤色片放入仪器，并调节仪器的输出结果，使测得的三刺激值与标准色板或标准滤色片的定标值一致，然后仪器才能用于实际测试。通常，色差计配有4～10块不同颜色的标准色板或标准滤色片，其三刺激值由高精度分光光度计预先标定。如果被测的反射或透射色样与校正用标准色板或标准滤色片的颜色相近，则可以认为两者具有近似的光谱反射或透射特性，这时色差计测得的色度参数就有较高的可靠性。

此外，色差计的测量精度还与仪器的光源、光探测器的稳定性等密切相关。在整个测量过程中，如果光源色温变化，其相对光谱功率分布就会改变，导致其与卢瑟条件的匹配精度降低，故其测色精度也随之下降。光探测器的光谱灵敏度发生变化也会造成同样的后果。如果仪器的光探测器采用硅光电器件，那么该影响就可以大大降低。因此，为了保证测色仪器的长期测量精度，需要定期进行相关检查，必要时应该更换光源等器件。在仪器标定之后的测量过程中，为了消除或减弱光源可能发生的变化对测色精度的影响，可以通过双光路光学系统结构的设计来加以改进，其中参考通道用于监视照明光源的发光特性，并实时地修正光源波动对测量通道中颜色信号的影响。