色差仪有几种光路结构？d/8和45/0结构的原理是怎样的？

在颜色的测量过程中，多种因素会对颜色测量的结果产生影响，因此，CIE对颜色测量的条件做了标准化的规定，其中就包括几何条件的规定。色差仪是以CEI标准为基础而研制的光电测色仪器，因此，就会有不同的光路结构。本文对色差仪光路结构的类型及d/8和45/0结构色差仪的原理做了介绍。

色差仪有几种光路结构？

光与材料的相互作用产生了镜面反射和漫反射、定向透射和散射透射以及光吸收，每种成分的特定组合取决于光源、材料的性能以及它们的几何关系。

1931年CIE在定义标准观察者、标准照明体时，就提出了把与法向成45°角的入射和沿着法向观察，作为测量反射率的标准几何条件。这种几何条件标记为45°/0°，该写法表示照射角度/观察角度，通常将法向定义为0°。

另一种常用的几何条件是漫射/垂直，它要用到积分球。积分球是一个直径是十几厘米或更大的中空金属球，它的内表面涂有高漫反射物质，如硫酸钡或聚四氟乙烯。为测色设计的积分球，球体会有多个开孔。其中有1个观测孔，即接收器孔，它在测量孔对面，一般与法线呈8°角，用于采集物体的反射光。因此这种几何条件标记为d/8°，含义是漫射照明，8°观察。

光线是可逆的，上面2种几何条件就可以衍生出0°/45°和8°/d两种几何条件。

在某一时期CIE推荐了以上4种几何条件，那时当在整个漫射角范围内旋转样品时，大多数材料具有一致的体色。目前，许多材料都具有随角异色性，它们颜色的改变是照明条件和观察几何条件的函数。含有金属片或珠光颜料的涂料就是一个典型的例子。因此，多角几何条件应运而生。多角测量是以逆定向反射角（与镜面反射光的夹角）来定义的。下图从左至右分别为0°/45°、积分球和多角度几何结构的示意图。

对应上面的几何条件，发展出来的测色仪分别为45°/0°（0°/45°）测色仪、积分球分光测色计和多角度分光测色计。其中积分球分光测色计又可以区分为便携式和台式，值得一提的是，台式分光测色计可以测量透明样品的颜色参数。

d/8结构色差仪的原理：

上图是积分球色差仪的基本结构，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。进人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川。一束光从任意的不通过球心的角度照进积分球后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。三恩时、X-Rite、GretagMacbeth等公司都提供这种结构的色差仪。

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%，因此不同厂家产品的开孔位置、尺寸、光源人射角度会有区别，因此特别对于有中等光泽的样板，不同的仪器测量结果的绝对值会有差异，但是对比测量的定性结论（样品的绝对值与标准板的绝对值之差的正负）一般相同，只是定量（差值的大小）上存在差异。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）也可简写作SPEX。很多色差仪比如三恩时的TS7036和PS2080都能提供这两种条件的测量。

试验表明当给相同的色板表面赋予不同的光泽后，其在SPEX条件下的测量值特别是亮度L受光泽的影响非常显著，并在一定范围内表现线性关系，而这些光泽不同的色板在SPIN条件下测量值十分接近。色板的目视效果与SPEX条件下的结论接近。

SPIN条件由于测量不受样品的影响而只决定于样品中色浆的含量，因此适应于颜色调整过程使用。然而样品的表面光泽会很大程度上影响目视感觉，因此在对最终完成的成品的色差检测必须在相同光泽下由SPEX条件进行，对于不同材料间或不同纹理的材料间的颜色测量也应当在 SPEX条件下进行，因为此时的测量结果考虑了纹理的影响且和目视效果最为接近。这种测色条件与在光源箱中观察者以与样板法线夹角8度的方向观察样板的几何条件相对应。

45/0结构色差仪的原理：

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，为此人射光和观察者的角度并不重要，不会影响观察结果，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人射光和观察者的几何位置不同而表现出微小颜色差异。而对于如下图所示的环形照明则可以消除这种影响。这种以45°环形照明0°（法线方向）观测的几何条件可以缩写为：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。

这种色差仪的光路由于抵消了表面纹理的影响而更适合用于涂料颜色调配过程，因为样品表面的光泽和纹理不会影响到颜色测量，在现实中没有与之完全对应的观察环境。