色差仪作为颜色测量常用的光学仪器,根据其几何结构的不同可以分为45/0°环形照明和d/8°积分球两种结构,不同结构类型的色差仪在使用范围和测量精度上存在一定的差异。本文对色差仪的几何结构及测量精度影响因素进行了介绍。

三恩是色差仪

d/8°积分球色差仪:

积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料(漫反射系数接近于1,常用的是氧化镁或硫酸钡)的空腔球体,内壁是良好的球面(要求与理想球面的偏差应不大于内径的0.2%)。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99%以上,这样,进入积分球的光经过内壁涂层多次反射,在内壁上形成均匀照度。

当积分球用于颜色测量仪器时,球体会有多个开孔,结构示意图如下图。具体包括光孔,用于光源进入球体;测量孔,与被测物体紧密接触;接收器孔,在测量孔对面,一般与被测样品表面的法线呈8°夹角,用于采集物体的反射光;镜面反射孔,位于与接收器孔相对于法线对称的地方,这个孔可以关闭和打开,并放置光吸收阱,用来控制镜面反射光的采集(SPIN,Specular Included)与排除(SPEX,Specular Excluded)。

在颜色测量中,样品表面的物理状况会影响光的传播,当表面比较光滑时,样品光泽较高,镜面反射光会比较强,散射会比较弱;当表面比较粗糙时,样品光泽较低,镜面反射光会比较弱,散射会比较强。对于相同材质的样品,若只是光泽差异,在包含镜面反射状态下测量结果应该是一致的,这时其反映的是材质本身的颜色,称之为真实色;但在排除镜面反射状态下,样品间的差异会比较大,数据反映的是材质和表面物理状况的综合变化,称之为表观色。因此,积分球仪器在涂料行业,以及纺织、塑料、纸张等行业被广泛应用。


45/0°环形照明色差仪:

45/0°测量结构是以被测样品表面的法线为基准,光源在0°位置,接收器在与法线呈45°位置。光源垂直于物体表面入射,镜面反射光与入射光重叠逆向返回;散射光中45位置的散射光被接收器接收。所以,45/0°。

测量结构仪器测量的是特定角度的物体散射光。为了减少样品表面的不均匀性反射对测量稳定性的影响,一般会有多个接收器在45°位置环形排列。

45/0°测量结构仪器主要应用于光泽不强并且有较好的漫反射性能,单个角度即可反映涂层颜色特性颜色物体。45/0°结构的仪器结构简单,价格经济,便于维护。


色差仪不同结构对测量的影响

色差仪的几何结构决定了仪器的光源、样品面和检测器的配置。通常有两大类几何构造的仪器:定向的(0°/45°)和漫射型的(积分球)分光光度色差仪。

0°/45°的几何构造是0°角垂直于样板照明,光线照到样板后漫反射,在45°角的地方测量。测量时在45°角有多只光源接受器以达到最佳的测量效果。用这种仪器测量的结果与由于颜色和表面光泽变化在视觉上引起的外观变化相符合。它用于质量控制时效果非常好,与人眼观察物体的方式相一致,结果也与人眼最接近。

典型的积分球构造仪用一内壁涂白的球漫射照明样品,在8°角测量。这种测量方法忽略了表面特性和光泽对颜色的影响,提供的测量仅符合颜料/染料等颜色的变化,所以我们在电脑配色系统中选择这种仪器。