色差儀是利用內部的標準光源照明來測量透射色或反射色的光電積分測色儀,它可以用來直接測量物體色的三刺激值和色度坐標,還可以通過電子計算機顯示出兩個物體的色差值,是一種實用的測色儀器。不過,色差儀根據幾何結構及測色原理的不用,可以分為不同的類型。本文對色差儀的類型及不同類型之間的區別做了簡要的介紹,感興趣的朋友可以了解一下!
色差儀的類型劃分:
1.按幾何結構分類
(1)積分球式色差儀
積分球是一個中空的金屬球,其內表面涂有中等灰色的高反射漫射物質,如硫酸鋇或聚四氟乙烯。進入這個球體的光線經過多次反射后都只能從測量孔或光源孔射出積分球。一束光從任意的不通過球心的角度照進積分球,經過球壁的多次反射后會從各個角度照射到樣板,最終通過測量孔或光源射出積分球。測量孔是在與法線夾角成8°的位置,由一組光電管構成的探測器。例如三恩時公司的TS7020、TS7030、TS7036等色差儀就是這種結構的色差儀。
CIE沒有明確規定積分球的開孔尺寸,只要求所有開孔面積不超過內表面積的10%,因此不同廠家的產品的開孔位置、尺寸及光源入射角度會有區別。與觀測孔關于法線對稱的地方有一個光阱,關閉光阱時鏡面反射成分包含在內,簡寫作d/8:i(d表示漫反射照明,8是8度角接收,i指包括鏡面反射),也可簡寫作SPIN。當光阱打開時去除了鏡面反射,此條件簡寫作d/8:e,e指去除鏡面反射。這種儀器不僅能測量不透明樣品的顏色,還可以測量透明樣品的顏色。
(2)環形照明式色差儀
理想漫反射物體對于任意一束光都將以漫反射形式即各方向等效地反射出去,為此入射光和觀察者的角度并不重要,不會影響到觀察結果,但真實物體表面并非理想漫反射表面,多少都會由于鏡面反射成分和表面紋理而造成由于入射光和觀察者的幾何位置不同而表現出來的微小顏色差異。而環形照明則可以消除這種影響,其是以45°環形照明,0°(法線方向)觀測的,可以縮寫為:45/0:c。由于光路可逆,它與0°照明45°方向環形接收是等效的,該測色幾何條件對應的色差儀有三恩時公司的 NR145+等。這種結構的儀器是完全不包括鏡面反射光的,測得的數據與人眼觀察一致,另外這種儀器只能測量不透明樣品的顏色。
2.按測量原理分類
(1)三刺激值型色差儀
最早的便攜式色差儀就是三刺激值型便攜式色差儀,早在1931年科學家就提出從理論上假設并不存在于自然界的三種原色,即理論三原色,以X,Y,Z表示,以期從理論上來調配一切色彩。三色系統中,與待測光達到顏色匹配所需的三種原色刺激的量。用X(紅原色刺激量)、Y(綠原色刺激量)和Z(藍原色刺激量)表示。
三刺激值是引起人體視網膜對某種顏色感覺的三種原色的刺激程度之量的表示。根據亥姆霍茲的三原色理論,色的感覺是由于三種原色光刺激的綜合結果。源于此理論科學家研發出了早期的三刺激值型便攜式色差儀。
三刺激值型便攜式色差儀主要是由三濾鏡配合硅光電池作為三個傳感器,結構相對簡單,精度不高,比較適合測量不同樣品間的色差,不適合用于例如反射濾光譜及色強度等復雜的色彩分析中。
(2)分光型色差儀
分光光度法是通過測定被測物質在特定波長處或一定波長范圍內光的吸光度或發光強度,對該物質進行定性和定量分析的方法,分光型便攜式色差儀的就是利用這種方法來測試的,準確度很高。
在分光光度計中,將不同波長的光連續地照射到一定濃度的樣品溶液時,便可得到與不同波長相對應的吸收強度。如以波長(λ)為橫坐標,吸收強度(A)為縱坐標,就可繪出該物質的吸收光譜曲線。利用該曲線進行物質定性、定量的分析方法,稱為分光光度法,也稱為吸收光譜法。
分光型便攜式色差儀一般采用衍射光柵或回折光柵,將光線按一定波長間隔分開,然后采用若干組傳感器陣列進行感光分析。分光型便攜式色差儀一般精度更高,對顏色也比較敏感,除了測量色差外,還可以測的每一波長選的反射率曲線,因此更適合于復雜的色彩分析。
積分球式色差儀與環形照明式色差儀的區別:
積分球類色差儀一般都有兩種模式,也就是SCI和SCE,其中SCI是包含鏡面反射光的方式,SCE是不包含鏡面反射光的方式,積分球色差儀在SCE模式下,對平整、光滑、均勻樣品進行測量,其讀數與0/45°色差儀接近。
但是工業上一般不提倡這種測量方式,因為積分球色差儀去掉鏡面反射模式測量的結果往往沒有那么精確。這主要是因為任何一種樣品的弧度和紋路將會一起鏡面反射光不進入積分球的去除鏡面反射孔,并使一些(常常是不穩定的)鏡面反射光錯誤地包括在測量內。即積分球色差儀去除鏡面反射是不完全的去除鏡面反射,檢測其或光柵在接收信號時將漫反射和鏡面反射光都同時檢測了,與人眼觀測模式不同。因為人眼觀測樣品時都是完全去除鏡面反射的,0/45°色差儀就是完全模擬人眼觀察角度而設計的照明-觀察模式。
兩種實際顏色是完全相同但是由于一個表面光澤另一個表面處理不同,所以兩種樣看起來顏色就是完全不同的。積分球去除鏡面反射測量出來的色差將非常小,但是實際我們用肉眼觀察其色差卻非常大。但是這是采用基于人眼觀察角度而設計的0/465°的色差儀來測量,色差就是非常大的。因為0/45°色差儀的光學幾何結果與人眼一致,檢測出來的數據也能同人眼觀測的效果相一致。
所以在檢測表面處理不一致的工業生產產品時我們建議使用0/45°色差儀,這種更接近人眼的觀察結果。不過現在色差儀的研發生產商在設計儀器是也會考慮到這種原因,現在不少市場上主流的積分球類色差儀的SCE模式已經能夠非常優秀的去除鏡面反射帶來的測量誤差了,其實選購產品是主要還是進行測量試機確定那一款更適合自己的產品。
三刺激值型色差儀與分光型色差儀的區別:
三刺激值色差儀有相對價格低廉,外形小巧,出眾的靈便性以及操作簡便的特點。它可以很方便地測得三刺激值。但是三刺激值色差儀卻不適合用于例如反射率光譜及色強度等復雜的色彩分析中。分光型色差儀具有高精度性和不斷增加的多功能性。由于它可以測得每一波長下的反射率曲線,因此更適用于復雜的色彩分析。三刺激值色差儀主要用于生產線及產品檢查中的色差測量,而分光型色差儀通常用于實驗室和產品開發研究中的高精度色彩分析和管理。它們的具體區別主要體現在以下三個方面:
1.設計原理不同
分光型色差儀是根據分光型原理設計的,三刺激式色差儀是根據三刺激值型原理設計的,而且分光式色差儀具準確性和不斷增加的多功能性。
2.測量范圍不同
分光型色差儀能同時測量SC和SCE,還可以模擬多種光源以及測得每一波長下的反射率,因此適用于復雜的色彩分析;三刺激值色差儀能自動比較樣板與被檢品之間的顏色差異,輸出CIEL、a、b三組數據和比色后的△E、△L、△a、△b四組色差數據,可以用于簡單的對色觀察。
3.價格不同
分光型色差儀具有高精度性和不斷增加的多功能性,適用性更廣,因此價格也相對昂貴。三刺激值色差儀外形小巧、輕巧方便、操作簡便單功能相對單一,因此價格比較便宜。