色差仪探测系统的类型及其对颜色测量精度的影响

色差仪是模拟人眼的视觉系统而研制的光电测色仪器，其主要由照明系统、探测系统及数据处理系统组成，其中探测系统是由积分球、挡板、滤色片和光电池组成的。这些部件的设计合理与否，会对仪器的测量精度产生影响。本文对色差仪探测系统的类型及其对颜色测量精度的影响做了介绍，对此感兴趣的朋友可以了解一下！

色差仪探测系统的类型：

测色色差计的探测系统主要有以下4种：45°/垂直（用45/0表示）、垂直/45°（用0/45表示）、漫射/垂直（用d/0表示）、垂直/漫射（用0/d表示），少数仪器会出现漫射/8°（用d/8表示）、8°/漫射（用8/d表示）。以0/d为例，这表示样品被一束光照明，该光束的轴线与样品法线间的夹角不超过10°，用积分球收集反射通量，照明光束的轴线和任一光线间夹角不超过5°，当积分球开孔部分的总面积不超过球内反射整球面积的10%时，其直径可以是任意的。在对测色色差计进行检定时，必须明确仪器的探测系统是哪一种类型，以对应不同的标准色板值，但由于不同测量条件下，标准色板的值均不同，试验表明，0/45，8/d的仪器可当作0/d来进行检定，45/0，d/8的仪器可当作d/0来进行检定，以此来简化所对应的标准色板的校准值，且能保证检定结果的准确性。

测色色差计的探测系统还包括镜面反射的影响，有些仪器可选择在检定时是否包含镜面反射，而有些仪器则只有镜面反射，且两者在检定过程中数值相差较大，因此，必须结合仪器说明书，确定仪器是否包含镜面反射，再结合相应的标准色板值，进行检定和判断。

色差仪探测系统对颜色测量精度的影响：

色差仪的探测系统是由积分球、挡板、滤色片和光电池组成的。光照射在被测物体上，然后反射到下半积分球内，经隔板漫反射进入上半积分球，最后经滤色片选择性吸收后被光电池吸收转变成电信号。在探测系统中影响颜色测量精度的因素有：

1.隔板

在积分球上半球和下半球之间安装一个与积分球相同材质的隔板，使光线形成漫反射，在积分球内漫反射积分计算，以避免没有经过漫反射积分的光线直接到达探测器。

2.积分球

积分球是一个中空的球腔，球腔上开有入孔和出孔，腔壁一般为具有漫反射性质的涂层。当积分球用于激光功率与能量测量时，被测激光束从入孔射入，经过腔壁复杂的漫反射后，一部分光被腔壁吸收，其余从入孔和出孔射出。通过特殊的设计，可使出射光能量比入射光低几个数量级，将强激光衰减，用弱光探测器测量取样出孔处的光功率、波形和能量，换算后即可得到原入射光束的相应参数。在0/d条件下当量光谱反射比（经过多次反射的综合作用结果）ρs（λ）的计算公式如下：

ρ（λ）为积分球内壁材料的光谱反射比；D为积分球内腔直径；f为积分球开口面积和总面积之比；s为样品被照射面积。

从上面的公式可以分析出，光谱反射比经过积分球后损失较大，这就大大减小了仪器的信噪比。传统的内壁材料一般是BaSO4喷涂，它容易老化和脱落，所以经过一段时间，仪器的精度会有很大变化。

3.滤色片

当选定照明光源和光电池的型号后，滤色片的透过特性决定了仪器满足卢瑟条件的程度，也决定仪器的精度。滤色片的匹配原理是当滤色片叠加时，总透过率是各片透过率的乘积，某一型号的滤色片的透过率是其厚度的指数函数。在匹配滤色片的时，首先要确定其透过特性，可以通过分光光度计或别的仪器测出；其次经过大量试验确定滤色片的型号，根据测得透过率特性和色匹配函数的曲线，通过做大量的试验大体上确定滤色片的型号；最后用计算机强大数据处理功能优化滤色片的厚度和种类，从而拟合出所需的曲线。

在配制滤色片时，应该同一批的滤色片厚度相同，不同批的应该重新配制厚度。因为不同批次的同厚度同型号的滤色片由于加工条件和其它因素的影响，其透射率不是完全一样的。

色差仪积分球的作用：

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。