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积分球色差仪的基本构成及色差仪中积分球的测色原理

文章出处:未知 人气:256发表时间:2023-01-05

我们通常所说的色差仪是一种常见的光电积分球式测色仪器,它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。本文对积分球色差仪的基本构成及色差仪中积分球的原理进行了简要的说明,大家可以了解一下!

积分球色差仪

积分球色差仪的基本构成:

积分球色差仪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。


色差仪中积分球的测色原理:

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)。

积分球结构示意图

当一束辐通量为Φ(λ)的光源经光孔进入内球半径为R的积分球内,经涂层多次漫反射后,形成均匀照明。设除投射面外,其余内壁任一点M处的总照度E(λ)可用下表示:

总照度E(λ)计算公式

式中:E(λ)为M点的总光谱幅照度;ρw(λ)为积分球内壁的光谱反射比;Φ(λ)为进入进入积分球的光谱辐通量;R为积分球内球半径;f为积分球开口球面面积与积分球总的内反射表面积之比。

式中,当一束辐通量进入理想积分球后,除投射面外,球内表面任意点的照度(包括球壁开口处球面上的照度)只是球的几何尺寸、涂层的漫反射比、进入球的辐通量的函数,而与位置无关。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。


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