顏色的度量是一門涉及物理光學(xué)、視覺心理等各學(xué)科的新興科學(xué)，隨著光學(xué)、電子技術(shù)和光電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以及電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了許多測(cè)色儀器，常用的就有光電積分式測(cè)色儀器。這種儀器利用儀器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)光源照射被測(cè)物體，在整個(gè)可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行一次積分測(cè)量，得到透射或反射物體色的三刺激值和色品坐標(biāo)，并通過(guò)專用微機(jī)系統(tǒng)給出兩個(gè)被測(cè)樣品之間的色差值。本文對(duì)光電積分測(cè)色儀器的組成結(jié)構(gòu)及要求進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。

顏色測(cè)量常用儀器類型：

目前，常用的色測(cè)量?jī)x器主要分為光電積分式和分光光度式兩類，它們都根據(jù)色度學(xué)三基色原理和混色原理進(jìn)行顏色測(cè)量，并符合CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)推薦的標(biāo)準(zhǔn)照明體和規(guī)定的照明觀察條件，定量地比較“標(biāo)準(zhǔn)”和“樣品”在同一波長(zhǎng)上的單色輻射功率，從而測(cè)量出樣品的光譜透射比或光譜反射比。

1.光電積分測(cè)色儀器

光電積分測(cè)色儀器又稱為色差計(jì)，通過(guò)模擬人眼光譜三刺激值特性，用光電積分效應(yīng)直接測(cè)得樣品的三刺激值X，Y和Z，再由此計(jì)算出樣品的色品坐標(biāo)等參數(shù)。這類儀器利用濾光片，對(duì)所用光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)進(jìn)行濾色修正，這種將總光譜特性修正成與標(biāo)準(zhǔn)觀察者相互一致的條件稱為盧瑟條件。但在實(shí)際的濾色修正中，由于色玻璃的品種有限，儀器不可能完全符合盧瑟條件，只能近似符合。因此，光電測(cè)色儀精確度不高，但能準(zhǔn)確測(cè)出兩個(gè)色源之間的差別，適用于測(cè)量精度要求不是很高行業(yè)的快速質(zhì)檢、在線檢測(cè)。例如三恩時(shí)科技的TS7036、TS7020就屬于光電積分測(cè)色儀器。

2.分光光度測(cè)色儀器

分光光度測(cè)色儀器又稱分光測(cè)色儀，這類儀器通過(guò)計(jì)算物體在各種標(biāo)準(zhǔn)光源和標(biāo)準(zhǔn)照明體下的三刺激值X，Y，Z，再轉(zhuǎn)成均勻色空間標(biāo)度L*，a*和b*。分光測(cè)色儀主要由單色儀和探測(cè)器兩個(gè)部分組成，其中單色儀起分光作用，有棱鏡單色儀和衍射光柵單色儀兩種。分光測(cè)色儀通過(guò)探測(cè)樣品的光譜成分確定其顏色參數(shù)，所以精度非常高，穩(wěn)定性好，不僅反映波長(zhǎng)反射率光譜曲線圖的變化，更能精確地反映L*，a*和b*數(shù)值，而并非僅用于色差的比較，適用于紡織印染，染料、顏料、涂料，塑料著色及油墨等對(duì)測(cè)色要求較高的行業(yè)。例如三恩時(shí)科技的TS7708、YS4580、TS8296等型號(hào)就屬于這類儀器。

光電積分測(cè)色儀的組成結(jié)構(gòu)：

光電積分測(cè)色色差計(jì)仿照人眼感色的原理，采用能感受紅、綠、藍(lán)三種顏色的受光器，將各自所感受的光電流加以放大處理，得出各色的刺激量，從而或得這一顏色信號(hào)。光電積分式儀器總的光學(xué)條件符合盧瑟條件。

測(cè)色色差計(jì)主要包括測(cè)頭、數(shù)據(jù)處理器（含顯示器及打印機(jī)）、直流電源及附件四部分。測(cè)色儀測(cè)頭由照明光源，濾色器，硅光電池，隔熱玻璃，凸透鏡，導(dǎo)光筒，擋板，積分球等組成。其中：

（1）積分球：積分球是測(cè)色儀的重要構(gòu)成部件，在很大程度上決定了測(cè)色儀的使用壽命、測(cè)量精度和長(zhǎng)期重復(fù)性。

（2）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括放大電路、A/D轉(zhuǎn)換、中央處理器、顯示、打印等數(shù)據(jù)輸出。采用微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)液晶顯示和打印輸出各種色度數(shù)據(jù)。

（3）內(nèi)部光源照明系統(tǒng)：采用低能耗的特殊發(fā)光管，經(jīng)修正后作為測(cè)色用的標(biāo)準(zhǔn)照明體D65，保證220V+22V，50Hz+1Hz的穩(wěn)定電壓確保光源發(fā)光的穩(wěn)定性。測(cè)色儀內(nèi)部照明光源通常是標(biāo)準(zhǔn)A光源，而實(shí)際應(yīng)用中都需要測(cè)量物體在標(biāo)準(zhǔn)D65和C光源下的色度值，因此要模擬出D65光源，使儀器總的光譜靈敏度符合D65下的盧瑟條件。

（4）光譜三刺激值：選用CIE1964補(bǔ)充觀察者10°視角的數(shù)據(jù)；儀器照明幾何條件為o/d。

（5）觀察條件：符合CIE所規(guī)定的0°入射/45°接收條件。光譜條件，總體響應(yīng)等價(jià)于CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65及10視場(chǎng)色匹配函數(shù)下的三刺激值X10、Y10、Z10（以下簡(jiǎn)寫為X、Y、Z），最終可獲得測(cè)色的五種表色系統(tǒng)：CIE Y10 x10 y10（1964），CIE：X10 Y10 Z10（1964），L*a*b*（1976），L*C*H（1970）及HunterLab和色差計(jì)算的三種表色系統(tǒng)：△Eab*（△L*△a*△b*），△Eab*（△L*△C*△H*）及Hunter △E（△L△a△b）。不同表色系統(tǒng)的測(cè)得數(shù)據(jù)均可以由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，并以數(shù)字顯示、可打印輸出。

光電積分測(cè)色儀對(duì)組成結(jié)構(gòu)的要求：

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，色差計(jì)通常由照明光源、光電探測(cè)器、信號(hào)放大、數(shù)字顯示和打印、數(shù)據(jù)處理單元等幾大部分組成。其中光電探測(cè)器常用硅光電器件，并且分別帶有三個(gè)修正濾光片組，使其光譜響應(yīng)與光譜三刺激值曲線x（λ）、y（λ）、z（λ）相匹配。

上圖所示為一種能測(cè)量反射或透射顏色樣品的色差計(jì)的俯視圖和側(cè)視圖，其照明與觀察條件是0/d。光源的光束經(jīng)過(guò)會(huì)聚透鏡（或透射樣品），以及 45°反射鏡投射到反射樣品上，積分球收集樣品表面反射（或透過(guò)透射樣品）的輻射通量。積分球的內(nèi)壁涂有中性白色漫反射材料，如氧化鎂（Mg0）或硫酸鋇（BaSO4）。光電探測(cè)器X、Y、Z分別安裝在球壁的三個(gè)測(cè)量孔上，它們可以同時(shí)接收樣品的反射或透射輻射通量測(cè)量透射樣品時(shí)，在樣品測(cè)量孔上放置氧化鎂或硫酸鋇中性白板。這類儀器可用于測(cè)量在某種CIE標(biāo)準(zhǔn)光源（如D65、C等）照明下，反射或透射顏色樣品的三刺激值和色品坐標(biāo)；如果需要測(cè)量熒光物體的熒光相關(guān)特性，則應(yīng)該采用具有紫外輻射的 CIE 標(biāo)準(zhǔn)照明體D65作為照明光源（一般為模擬 D65照明），這樣才能真實(shí)反映熒光物體的顏色特性。

同樣，色差計(jì)的精度與其光譜特性符合盧瑟條件的程度有關(guān)。一般，在色差計(jì)探測(cè)器的光譜修正中，要使儀器完全符合盧瑟條件是不可能的，只能是近似匹配。為了減少光探測(cè)器光譜修正不完善所帶來(lái)的誤差，應(yīng)該根據(jù)待測(cè)樣品的顏色，選用不同的標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片來(lái)校正測(cè)色儀器。將選定的標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片放入儀器，并調(diào)節(jié)儀器的輸出結(jié)果，使測(cè)得的三刺激值與標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片的定標(biāo)值一致，然后儀器才能用于實(shí)際測(cè)試。通常，色差計(jì)配有4～10塊不同顏色的標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片，其三刺激值由高精度分光光度計(jì)預(yù)先標(biāo)定。如果被測(cè)的反射或透射色樣與校正用標(biāo)準(zhǔn)色板或標(biāo)準(zhǔn)濾色片的顏色相近，則可以認(rèn)為兩者具有近似的光譜反射或透射特性，這時(shí)色差計(jì)測(cè)得的色度參數(shù)就有較高的可靠性。

此外，色差計(jì)的測(cè)量精度還與儀器的光源、光探測(cè)器的穩(wěn)定性等密切相關(guān)。在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，如果光源色溫變化，其相對(duì)光譜功率分布就會(huì)改變，導(dǎo)致其與盧瑟條件的匹配精度降低，故其測(cè)色精度也隨之下降。光探測(cè)器的光譜靈敏度發(fā)生變化也會(huì)造成同樣的后果。如果儀器的光探測(cè)器采用硅光電器件，那么該影響就可以大大降低。因此，為了保證測(cè)色儀器的長(zhǎng)期測(cè)量精度，需要定期進(jìn)行相關(guān)檢查，必要時(shí)應(yīng)該更換光源等器件。在儀器標(biāo)定之后的測(cè)量過(guò)程中，為了消除或減弱光源可能發(fā)生的變化對(duì)測(cè)色精度的影響，可以通過(guò)雙光路光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)加以改進(jìn)，其中參考通道用于監(jiān)視照明光源的發(fā)光特性，并實(shí)時(shí)地修正光源波動(dòng)對(duì)測(cè)量通道中顏色信號(hào)的影響。