色差儀作為光電儀器，在測(cè)量樣品的顏色時(shí)，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(cè)色的準(zhǔn)確性。本文對(duì)色差儀的設(shè)計(jì)原理及影響色差儀測(cè)量精度的因素做了介紹，對(duì)光電測(cè)色儀器知識(shí)感興趣的朋友不妨了解一下！
色差儀的設(shè)計(jì)原理：
測(cè)色色差計(jì)一般均采用濾色片校正儀器光源，使它的光譜分布與標(biāo)準(zhǔn)照明體的光譜分布呈比例；校正光電探測(cè)器使它的相對(duì)光譜靈敏度比例于標(biāo)準(zhǔn)觀察者。為此，校正濾色器的模擬準(zhǔn)確度決定了該類(lèi)儀器原理誤差的大小，提高濾色器的模擬準(zhǔn)確度有重要的意義。為了提高濾色器的模擬準(zhǔn)確度，校正濾色器的設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)器的綜合響應(yīng)特性）應(yīng)符合盧瑟條件，在D65光源10°視場(chǎng)下的盧瑟條件：
式中，S（λ）為儀器所用的標(biāo)準(zhǔn)光源光譜功率分布；X10（λ）、Y10（λ）、Z10（λ）為10°視場(chǎng)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值；τx（λ）、τy（λ）、τz（λ）為儀器特定濾色器的光譜透過(guò)率：γ（λ）為儀器探測(cè)器的相對(duì)光譜靈敏度；KX、KY、KZ為與波長(zhǎng)無(wú)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(guò)各種濾色片的組合匹配而形成，實(shí)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(cè)量中帶來(lái)的誤差便是這類(lèi)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(lái)了一些弊病，如絕對(duì)測(cè)量誤差較大，同類(lèi)儀器之間的測(cè)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(shí)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(wèn)題，以提高色差計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
影響色差計(jì)測(cè)量精度的因素：
色差計(jì)是由照明系統(tǒng)、探測(cè)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(cè)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(jī)處理實(shí)現(xiàn)液晶顯示、打印輸出等。依據(jù)色差計(jì)的結(jié)構(gòu)組成，影響其測(cè)量精度的因素主要有以下幾個(gè)方法面：
1.照明系統(tǒng)影響
測(cè)色色差計(jì)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，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(cè)量精度的因素有：
（1）照明光源
在設(shè)計(jì)光源的供電電路時(shí)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(zhǎng)的時(shí)間，使光源光譜穩(wěn)定，才能進(jìn)行測(cè)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(shí)際上這是不可能的，因?yàn)槲覀兊墓庠床皇屈c(diǎn)光源，所以只能得到近似的平行光。由此它對(duì)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(qiáng)，因此慮色器的濾色片應(yīng)該適當(dāng)?shù)募雍?，以校正由斜光束帶?lái)的影響。
（3）隔熱玻璃
因?yàn)楣怆娞綔y(cè)器在紅外和紫外波段仍有響應(yīng)，這是色差計(jì)所不需要的，也是不希望的。它對(duì)實(shí)際測(cè)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(lái)消除紫外和紅外部分。無(wú)隔熱玻璃和隔熱玻璃的測(cè)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(cè)樣品上時(shí)，光線與透鏡軸線的夾角不超過(guò)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(cè)系統(tǒng)的影響
光照射在被測(cè)物體上，然后反射到下半積分球內(nèi)，經(jīng)隔板漫反射進(jìn)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(hào)。
（1）隔板
在積分球上半球和下半球之間安裝一個(gè)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(jì)算，以避免沒(méi)有經(jīng)過(guò)漫反射積分的光線直接到達(dá)探測(cè)器。
（2）積分球
積分球是一個(gè)中空的球腔，球腔上開(kāi)有入孔和出孔，腔壁一般為具有漫反射性質(zhì)的涂層。當(dāng)積分球用于激光功率與能量測(cè)量時(shí)，被測(cè)激光束從入孔射入，經(jīng)過(guò)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(guò)特殊的設(shè)計(jì)，可使出射光能量比入射光低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，將強(qiáng)激光衰減，用弱光探測(cè)器測(cè)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(dāng)量光譜反射比（經(jīng)過(guò)多次反射的綜合作用結(jié)果）ρs（λ）的計(jì)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(kāi)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(guò)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(guò)一段時(shí)間，儀器的精度會(huì)有很大變化。
（3)濾色片
當(dāng)選定照明光源和光電池的型號(hào)后，濾色片的透過(guò)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(dāng)濾色片疊加時(shí)，總透過(guò)率是各片透過(guò)率的乘積，某一型號(hào)的濾色片的透過(guò)率是其厚度的指數(shù)函數(shù)。在配制濾色片時(shí)，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?yàn)椴煌蔚耐穸韧吞?hào)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(jì)算結(jié)果的因素有很多主要如下：
(1)黑筒
儀器測(cè)量之前必需進(jìn)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(shí)際上是不能實(shí)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(shí)黑筒內(nèi)壁應(yīng)車(chē)成螺紋以增強(qiáng)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(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，用電纜屏蔽層接地，采用并聯(lián)式一點(diǎn)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(guò)放大，然后連接電阻變成電壓信號(hào)。放大倍數(shù)要適中，否則嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。這是因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓是一定值，所采集信號(hào)經(jīng)放大處理后一定要小于這個(gè)數(shù)值。