色差儀作為光電儀器，在測量樣品的顏色時，模擬的是人眼受刺激的三刺激值，因此儀器的總光譜靈敏度需要滿足盧瑟條件，這決定了儀器測色的準確性。本文對色差儀的設(shè)計原理及影響色差儀測量精度的因素做了介紹，對光電測色儀器知識感興趣的朋友不妨了解一下！

色差儀的設(shè)計原理：

測色色差計一般均采用濾色片校正儀器光源，使它的光譜分布與標準照明體的光譜分布呈比例；校正光電探測器使它的相對光譜靈敏度比例于標準觀察者。為此，校正濾色器的模擬準確度決定了該類儀器原理誤差的大小，提高濾色器的模擬準確度有重要的意義。為了提高濾色器的模擬準確度，校正濾色器的設(shè)計必須以盧瑟條件為基礎(chǔ)，根據(jù)色度學(xué)原理和選定的標準照明光源，儀器的總體光譜響應(yīng)特性（光源、光學(xué)系統(tǒng)和探測器的綜合響應(yīng)特性）應(yīng)符合盧瑟條件，在D65光源10°視場下的盧瑟條件：

式中，S（λ）為儀器所用的標準光源光譜功率分布；X₁₀（λ）、Y₁₀（λ）、Z₁₀（λ）為10°視場補充標準色度觀察者光譜三刺激值；τ_x（λ）、τ_y（λ）、τ_z（λ）為儀器特定濾色器的光譜透過率：γ（λ）為儀器探測器的相對光譜靈敏度；KX、KY、KZ為與波長無關(guān)的常數(shù)。

在儀器的生產(chǎn)中，各濾色器的光譜曲線是通過各種濾色片的組合匹配而形成，實際的光譜曲線不可能完全符合上式的要求，只能近似的接近。示意圖如下圖所示，這種不符合在顏色測量中帶來的誤差便是這類儀器的原理誤差，儀器的精度取決于接近盧瑟條件的程度。正是這種原理誤差給儀器帶來了一些弊病，如絕對測量誤差較大，同類儀器之間的測量誤差較大等。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度非線性映射能力，能方便地實現(xiàn)兩曲線的非線性變換并提高擬合精度，故本文用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法解決這兩條曲線的非線性擬合問題，以提高色差計的測量準確度。

影響色差計測量精度的因素：

色差計是由照明系統(tǒng)、探測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3大部分組成的。其中照明系統(tǒng)是由光源、透鏡、隔熱玻璃和導(dǎo)光筒組成的，探測系統(tǒng)是由積分球、擋板、濾色片和光電池組成的，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集、放大電路構(gòu)成，由單片機處理實現(xiàn)液晶顯示、打印輸出等。依據(jù)色差計的結(jié)構(gòu)組成，影響其測量精度的因素主要有以下幾個方法面：

1.照明系統(tǒng)影響

測色色差計內(nèi)部照明光源通常是標準A光源，而實際應(yīng)用中都需要測量物體在標準D65和C光源下的色度值，所以要模擬出D65光源，只要使儀器總的光譜靈敏度符合D65下的盧瑟條件即可。在照明系統(tǒng)中影響測量精度的因素有：

（1）照明光源

在設(shè)計光源的供電電路時要保證電源輸出電壓的穩(wěn)定性，這樣才能保證光源發(fā)光穩(wěn)定；其次儀器一定要預(yù)熱足夠長的時間，使光源光譜穩(wěn)定，才能進行測量。

（2）凸透鏡

作用是把光源發(fā)出的光變成均勻得“平行光”。但是實際上這是不可能的，因為我們的光源不是點光源，所以只能得到近似的平行光。由此它對慮色器光譜透射比的影響如下：

其中，α為光線與慮色器法線的夾角；φ為光束最大傾斜角；d為有色玻璃厚度。上式表明斜光束使得能量增強，因此慮色器的濾色片應(yīng)該適當?shù)募雍?，以校正由斜光束帶來的影響?/p>

（3）隔熱玻璃

因為光電探測器在紅外和紫外波段仍有響應(yīng)，這是色差計所不需要的，也是不希望的。它對實際測量結(jié)果有很大的影響，所以我們選擇在透鏡下方增加一塊隔熱玻璃，用來消除紫外和紅外部分。無隔熱玻璃和隔熱玻璃的測量結(jié)果往往是存在差異的。

（4）導(dǎo)光筒

為了保證光線照射到待測樣品上時，光線與透鏡軸線的夾角不超過10°，需要把一些傾斜角較大的光線去處掉，這樣消除去雜散光。

2.探測系統(tǒng)的影響

光照射在被測物體上，然后反射到下半積分球內(nèi)，經(jīng)隔板漫反射進入上半積分球，最后經(jīng)濾色片選擇性吸收后被光電池吸收轉(zhuǎn)變成電信號。

（1）隔板

在積分球上半球和下半球之間安裝一個與積分球相同材質(zhì)的隔板，使光線形成漫反射，在積分球內(nèi)漫反射積分計算，以避免沒有經(jīng)過漫反射積分的光線直接到達探測器。

（2）積分球

積分球是一個中空的球腔，球腔上開有入孔和出孔，腔壁一般為具有漫反射性質(zhì)的涂層。當積分球用于激光功率與能量測量時，被測激光束從入孔射入，經(jīng)過腔壁復(fù)雜的漫反射后，一部分光被腔壁吸收，其余從入孔和出孔射出。通過特殊的設(shè)計，可使出射光能量比入射光低幾個數(shù)量級，將強激光衰減，用弱光探測器測量取樣出孔處的光功率、波形和能量，換算后即可得到原入射光束的相應(yīng)參數(shù)。在0/d條件下當量光譜反射比（經(jīng)過多次反射的綜合作用結(jié)果）ρs（λ）的計算公式如下：

ρ（λ）為積分球內(nèi)壁材料的光譜反射比；D為積分球內(nèi)腔直徑；f為積分球開口面積和總面積之比；s為樣品被照射面積。

從上面的公式可以分析出，光譜反射比經(jīng)過積分球后損失較大，這就大大減小了儀器的信噪比。傳統(tǒng)的內(nèi)壁材料一般是BaSO4噴涂，它容易老化和脫落，所以經(jīng)過一段時間，儀器的精度會有很大變化。

（3)濾色片

當選定照明光源和光電池的型號后，濾色片的透過特性決定了儀器滿足盧瑟條件的程度，也決定儀器的精度。濾色片的匹配原理是當濾色片疊加時，總透過率是各片透過率的乘積，某一型號的濾色片的透過率是其厚度的指數(shù)函數(shù)。在配制濾色片時，應(yīng)該同一批的濾色片厚度相同，不同批的應(yīng)該重新配制厚度。因為不同批次的同厚度同型號的濾色片由于加工條件和其它因素的影響，其透射率不是完全一樣的。

3.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)影響

計算結(jié)果的因素有很多主要如下：

(1)黑筒

儀器測量之前必需進行調(diào)零、調(diào)白，用黑筒調(diào)零。理想的黑筒是把光源照射的光全部吸收，實際上是不能實現(xiàn)的，所以要選擇吸光性特別好的材料放在黑筒底部，同時黑筒內(nèi)壁應(yīng)車成螺紋以增強光漫反射。

(2)接地

接地是抑止噪聲和防止干擾的重要方法。在電信號傳輸?shù)倪^程中，用電纜屏蔽層接地，采用并聯(lián)式一點接地方式，各自的地電位由各自的地電阻和地電流決定，不存在共用阻抗耦合產(chǎn)生的干擾。

(3)放大倍數(shù)

光電流經(jīng)過放大，然后連接電阻變成電壓信號。放大倍數(shù)要適中，否則嚴重影響測量結(jié)果。這是因為A/D轉(zhuǎn)換的基準電壓是一定值，所采集信號經(jīng)放大處理后一定要小于這個數(shù)值。