色差仪有哪些结构类型?积分球色差仪的工作原理是怎样的?

  DOHO标准光源箱     |      2023-02-16

色差仪作为颜色测量的光电仪器,根据其测量几何条件的不同,在结构上可以分为积分球式色差仪和环形照明式色差仪,也就是我们所说的d/8结构和45/0结构的色差仪。那么,积分球色差仪的工作原理是怎样的?积分球式色差仪使用需要确认哪些条件?本文为大家进行了相应的介绍。

积分球式色差仪

色差仪的结构类型:

对应CIE标准的测色几何条件,色差仪主要有积分球式和环形照明式两种。

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。


积分球色差仪的工作原理:

色差仪的一个核心技术就是积分球,融入了积分球原理的设计使得色差仪的测量更加精确可靠,并且更加适合市场测色需求。积分球相当于光学扩散器,积分球的应用同时带来很多问题,如什么样的积分球角度更适合色差仪的应用,什么样的积分球涂层更稳定、更长寿等等。

积分球作为光学扩散器来减小测量误差,得到更加精确的测量结果。一般情况下,光学扩散片的适当使用下,可以降低测量时因为探测器上的入射光不均匀分布或者光束偏移造成的误差,这样可以提高色差仪在测量时的精准性。

积分球的工作原理是光路通过采样口径被积分球收集,然后在积分球内部经过多次反射、折射达到非常均匀地散射在积分球内部。使用积分球来测量光通量是,可以使得色差仪的测量结果更为准确,可靠,积分球可以大大降低并清除由光线的形状、发散的角度以及探测的位置的不同而带来的测量误差影响。

现在色差仪市场上多数的积分球内层反射层为涂层结构,这种结构存在使用一段时间后发黄、剥落等问题。而一旦这种情况出现,导致的后果就是色差仪不能提供准确的测量数据,积分球必须整个更换。积分球是色差仪的关键部件,维修和更换费用会很高,这样就会大大加重色差仪的成本。所以一台色差仪采用品质好的积分球是迫切需求的。好的积分球整体均由稳定、耐用的高反射材料制成,耐老化、不会变色,也不存在内层剥落等问题。整机的使用寿命长,维护费用低。

根据物体的颜色深浅自动调整积分时间,既能保证快速测量,测量时间平均为同类仪器的1/2-1/5,堪称神速;同时又解决了一些国产色差仪在测量深色部分出现的不稳定现象。

提起积分球就不得不说一个名词动态积分球时间,动态积分时间是指色差仪中的微电脑根据测量物品的反射光,自动判断颜色的深浅和颜色的类别,相应调整取样运算的时间。是使得某些深色物品在反射光比较弱的情况下,也能准确计算出真实颜色的重要参数。这种毫秒级的快速判断和处理技术,完全由电脑自动完成,人手在操作的时候,根本感觉不到。这是色差仪创造的独一无二的技术,为了行业的进步和发展,色差仪对这项创新进行了技术公开,没有反复申请专利。一来因为的专利已经非常多,二来希望行业有一个整体突破,解决在测量深色部分出现的不稳定现象。技术是公开了,当然实现起来还是有一定难度的,只有掌握了核心技巧,才能真正发挥技术的作用。

积分球的应用提高色差仪的稳定性和精度,同时改善色差仪的测量范围、减短了测量时间,在色彩管理历史上算是里程碑的一步。


积分球色差仪使用需要确认哪些条件?

我们常说的积分球色差仪指的就是采用积分球式测量-观察几何条件的色差检测仪器。目前大多数公司选用的d/8积分球色差仪,不过不同品牌、不同型号之间会有很大的差别,导致不同的测量精度。积分球作为光学扩散器来减小测量误差,得到更加准确的测量结果。一般情况下,光学扩散片的适当使用下,可以降低测量时因为探测器上的入射光不均匀分布或者光束偏移造成的误差,这样可以提高色差仪在测量时的精准性。

当然在使用积分球色差仪对样品进行测量时,检测结果的准确性除了仪器本身结构的影响外,还会受到用户设定的测量条件的影响,因此用户在使用时就需要确认以下条件:

1、标准观测光源:选择GB/T3978规定的CIE光源,主要采用D65光源或D50光源,也有采用D55、D75、A、C等其他光源。

2、标准颜色空间:目前通常采用CIELAB,XYZ,Yxy,LCh,CIELUV等几种

3、标准观测角度:2°/10°

4、标准色差公式:ΔE*=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2或Δc*=[(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

除此之外,还需要参照各个行业标准来执行色差检测操作。


积分球色差仪如何维护?

在使用积分球色差仪的过程当中,根据情况合理维护设备很有必要,因为只有合理维护设备才能够保证检测出来的数据可以更准确,那么,到底应该要如何维护积分球色差仪呢?

1.因为积分球色差仪是一种精密的测量仪器,所以,在测量的时候要避免外部环境出现很大的变化,不然就可能会因为外部环境变化而导致测量结果受到影响,会影响到测量结果的因素包含光照闪烁、温度变化等等。

2.在使用积分球色差仪检测时要注意让设备保持平衡,不可以出现晃动或者移位等等情况,也不可以对设备进行强烈的撞击或者是碰撞。

3.积分球色差仪本身并没有防水效果,所以不能在湿度高的环境下使用。当然,使用过程中也要注意让设备保持整洁,如果不需要使用,需要将其收拾好,长时间不用则应该要把电池拆下来。

4.使用积分球色差仪的过程中不可随便对其进行拆装或者是更改,不然就会导致设备测量效果受到影响,甚至还可能会导致色差仪出现不可逆转的损坏。

5.在使用积分球色差仪的过程当中一定要定期对电池进行更换,这样能够避免因为电池不给力而导致测量误差出现。