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积分球式色差仪和环形照明式色差仪有什么区别？

摘自：发七人商城 | 2023-03-02 | 作者：Faqiren

文章摘要：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。本文对这两种色差仪的结构特点及二者之间的区别做了简要的介绍，感兴趣的朋友可以了解一下！

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。本文对这两种色差仪的结构特点及二者之间的区别做了简要的介绍，感兴趣的朋友可以了解一下！

D8结构积分球色差仪.jpg

色差仪的结构类型：

1.积分球式色差仪（d/8°）

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。

积分球式色差仪和环形照明式色差仪的结构特点：

1.d/8°积分球色差仪的结构特点

积分球是一个内壁呈白色的圆球，其内壁有极高的反射和散射性能，广泛用于光源的色度和强度测量。当其用于颜色测量仪器时，球体会有多个开孔。其中之一是测量孔，它与被测物体紧密接触；另外还有一个观测孔，即接收器孔，它在测量孔对面，一般与法线呈8°，用于采集物体的反射光；在与观测孔相对于法线对称地方的开孔，为镜面反射孔，这个孔可以关闭和打开，用来控制镜面反射光的采集与否。这种d/8°积分球测量结构如下图所示。

d8积分球测量结构.jpg

工作时，光源发光，光线会通过积分球内壁进行完全漫反射，从而这些漫反射光能够从不同方向照射到样品表面，样品进行吸收和反射，其反射的8方向的光被接收器接收进行颜色分析。相对于0°/45°测量结构，其特点之一是其光源为漫反射光源，相当于有无数个点状光源分布于样品周围，而0°/45°结构是单点光源；特点之二是其接收器在8°位置，由于对称位置的镜面反射孔可以关闭和打开，所以可以采集包含镜面反射（SPIN，Specular Included）数据和排除镜面反射（SPEX，Specular Excluded）数据。

包含镜面反射与排除镜面反射光路示意图如下图所示。

包含镜面反射与排除镜面反射光路示意图.jpg

按照上图来分析，当光源照射到样品表面后，会发生光的吸收、散射和镜面反射。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。所以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是一致的（即1+2=2+1），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（1+2），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，此状态下与人眼的视觉效果更为接近。

可见包含镜面反射数据与排除镜面反射数据的差异主要是由镜面反射光造成的，而镜面光的强弱取决于样品的光泽高低，所以样品的光泽大小影响包含镜面反射与排除镜面反射数据的差异大小。

2.45/0°环形照明式色差仪的结构特点

45/0°测量结构示意图如下所示。

测量结构示意图.jpg

这种测量结构以被测样品表面的法线为基准，光源在0°位置，即入射光垂直于物体表面；接收器在与法线呈45°位置，即接收器接收45°位置的反射光。可见由于光源垂直入射，此时镜面反射光与入射光重叠逆向返回；其它散射光中只有45°位置的散射光被接收。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。

这是最早的颜色测量仪器结构，测量结构相对比较简单，它模拟的是诸如我们日常看书、太阳光下观测物体、光源灯箱内评判色样的情景，如下图所示。

目视样品角度示意图.jpg

因此这种结构的分光光度仪测量数据与人眼目视观察的结果很接近，即测量数据与目视结果匹配性高。

这种结构可以应用在建筑涂料的颜色检测中，主要原因是这类涂料的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的颜色特性；而且45/0°结构的仪器结构简单，价格经济，便于维护。

积分球式色差仪和环形照明式色差仪的区别：

积分球类色差仪一般都有两种模式，也就是SCI和SCE，其中SCI是包含镜面反射光的方式，SCE是不包含镜面反射光的方式，积分球色差仪在SCE模式下，对平整、光滑、均匀样品进行测量，其读数与0/45°色差仪接近。

但是工业上一般不提倡这种测量方式，因为积分球色差仪去掉镜面反射模式测量的结果往往没有那么精确。这主要是因为任何一种样品的弧度和纹路将会一起镜面反射光不进入积分球的去除镜面反射孔，并使一些（常常是不稳定的）镜面反射光错误地包括在测量内。即积分球色差仪去除镜面反射是不完全的去除镜面反射，检测其或光栅在接收信号时将漫反射和镜面反射光都同时检测了，与人眼观测模式不同。因为人眼观测样品时都是完全去除镜面反射的，0/45°色差仪就是完全模拟人眼观察角度而设计的照明-观察模式。

两种实际颜色是完全相同但是由于一个表面光泽另一个表面处理不同，所以两种样看起来颜色就是完全不同的。积分球去除镜面反射测量出来的色差将非常小，但是实际我们用肉眼观察其色差却非常大。但是这是采用基于人眼观察角度而设计的0/465°的色差仪来测量，色差就是非常大的。因为0/45°色差仪的光学几何结果与人眼一致，检测出来的数据也能同人眼观测的效果相一致。

所以在检测表面处理不一致的工业生产产品时我们建议使用0/45°色差仪，这种更接近人眼的观察结果。不过现在色差仪的研发生产商在设计仪器是也会考虑到这种原因，现在不少市场上主流的积分球类色差仪的SCE模式已经能够非常优秀的去除镜面反射带来的测量误差了，其实选购产品是主要还是进行测量试机确定那一款更适合自己的产品。

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