色差仪是一种常见的光电积分式测色仪器，它利用仪器内部的标准光源照明被测物体，在整个可见波长范围内进行一次积分测量，直接测得透射或反射物体色的三刺激值和色品坐标，并可通过专用微机系统给出两个被测样品之间的色差值。本文对色差仪的测色原理及测色光路结构进行了介绍，对此感兴趣的朋友可以了解一下！

色差仪的测色原理：

色差仪是通过模拟人眼对红、绿、蓝光感应，根据Lab原理，测量出颜色容差△E以及△L、△a、△b值用以进行试样和标样对比的光学测量仪器，通常被应用在布料漂染，塑品制作等对色彩重视度较高的行业品质控制过程，保证工作上的测色需要，但是目前还没有引入到光伏组件测色应用，仍在导入阶段。

目前常用的色差仪分为三类：手持式、便携式和台式色差仪。手持式色差仪精度较低且无法导出数据；便携式色差仪精度较高，且除了直接显示数据外也可通过连接电脑进行数据传输；台式色差仪精度最高但是体积庞大。因此便携式色差仪为目前被普遍使用的一款精密色差仪。

色差仪以L、H、C、a、b五个输出结果作为颜色标尺被感知并测量，但是H和C仅仅作为视觉容差和色彩鲜艳度的一种表达方式。其中最主要的影响因素为L、a、b。

L代表明度，L的值越大代表越亮，即越靠近白色，反之则靠近黑色；

a代表色环的横坐标，-a到+a代表颜色从绿色到洋红；

b代表色环的纵坐标，-b到+b代表颜色从蓝色到明黄；

其他影响因素还有H和C，H代表色调角，C代表饱和度。

△L、△a、△b通常被用来表示标样点和试样点的明度、横向色彩度及纵向色彩度的差异，在色环系中代表了试样点和标样点的矢量距离。通过△L、△a、△b，根据公式可以得出总容差△E，代表试样点和标样点的色彩偏移程度，△E数值越大，说明色差越大。

其中△a2+△b2为色环坐标系中试样点到标样点的矢量距离，根据公式推演，若标样点在三维坐标系中为原点，那么试样点和标样点的颜色差异△E即为试样点到原点矢量位移绝对值的1/2。由此推论，当检验条件一致并且满足STC要求时，因明度产生的颜色误差将趋于无限小，在我们的数据统计中可默认将明度造成的系统误差降低为0。

色差仪的光路结构：

色差仪可以分为两种，一种叫三刺激值色差仪，另一种叫分光色差仪。三刺激值色差仪的工作原理：光照到物体上，没有被物体吸收的光经由物体表面反射出来而进入红绿蓝三个滤色片，由滤色片出来的单色光进入光电探测头，从而直接算出物体颜色的三刺激值XYZ。分光色差仪的工作原理：光照到物体上，没被物体吸收的光经由物体表面反射或透射出来，然后通过光栅进行分光，最后由光栅分成的单色光进入光电二极管，将光学信号转换成数值信号并进入数据处理器进行计算，从而得到物体颜色的三刺激值XYZ。

对应CIE标准的测色几何条件，色差仪主要有两种光路结构：D/8°结构和45/0°结构，也就是我们所说的D/8°积分球色差仪和45/0°环形照明式色差仪。

1.D/8°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。

2.45/0°结构

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。

色差仪有哪些测色几何条件？

在人眼对物体颜色的观察中，照明光源、物体和人眼三个要素之间的相对位置会对颜色观测的结果产生很复杂的影响。照明光源、物体和人眼三要素在颜色测量仪器的设计中对应着照明光源、被测样品和传感器，三者之间的位置关系就是颜色测量中的照明观测几何条件，简称几何条件。

从照明光束的方向性来看，几何条件可分为两类：一类是漫射型照明或漫射型接收。此类仪器在几何条件的设计中用积分球结构，用积分球对照明光或反射光进行匀化。另一类是定向型的照明或接收条件。此类仪器在设计中不使用积分球。仪器的几何条件不同，会对颜色测量的结果带来很大的影响。为了能使评价结果在不同仪器之间具有可比性，几何条件必须标准化，为此CIE对色差仪的测色几何条件进行了规定。

1.di：8°

漫射照明，8°方向接收，包括镜面反射成分。光线进入积分球后经过积分球的均匀作用，对样品表面实现无方向特异性的均匀照明。与样品法线成8°角的光线可以进入传感器。

2.de：8°

漫射照明，8° 方向接收，排除镜面反射成分。几何条件同di：8，只是接收光束中不包括镜面反射成分，也不包括与镜面反射呈1°以内的其他光线。

3.8°：di

8°方向照明，漫反射接收，包括镜面反射成分。几何条件同di：8，只是di：8的逆向光路。

4.8°：de

8°方向照明，漫反射接收，排除镜面反射成分。几何条件同de：8，是de：8的逆向光路。样品被照明面积应小于被测面积。

5.d：d

漫射照明，漫反射接收。几何条件同di：8，只是漫反射光用积分球从所有方向上接收。在这种几何条件下测试，照明面积和接收面积是一致的。

6.d：0°

漫射照明，0°方向接收，排除镜面反射成分。d：0°是漫射照明的另一种形式。样品被积分球漫射照明，在样品法线方向上接收。这种几何条件能很好地排除镜面反射成分。

7.45° a：0°

45°环形照明，0°方向接收。样品被环形圆锥光束均匀地照明，该环形圆锥的轴线在样品法线上，顶点在样品中心，内圆锥半角为40°，外圆锥半角为50°，两圆锥之间的光束用以照明样品。在法线方向上接收，接收光锥的半角为5°，接收光束应均匀地照明探测器。如果将上述照明光束改为：在一个圆环上装若干离散光源或装若干光纤束来照明样品，就成为45°c：0°几何条件。

8.0°：45° a

0°方向照明，45°环形接收。何条件与45°a：0°，只是45° a：0°的逆向光路。在法线方向上照明样品，在与法线成45°方向上环形接收。

9.45° x：0°

45°定向照明，0°方向接收。几何条件与 45a：0 相同，但照明方向只有一个，而不是环形。“x”表示照明的方位。在法线方向上接收。

10.0°：45° x

0°方向照明，45°定向接收。几何条件同45x：0，不过是45x：0 的逆向光路。在法线方向上照明样品，在一定的方位角上与法线成 45°角接收。

颜色测量仪器的设计需要根据CIE推荐的几何条件进行选择特定的几何条件，采用相应的结构提供几何条件中的照明和观察条件：漫射效果、环形照明效果、去除反射光等。在使用积分球时，应避免光源直接照射在被测样品表面，破坏漫射照明效果，应在被测样品和照明光源之间加挡板阻隔光线的直接传递。为了保证漫射照明效果，积分球开口面积不能大于积分球内壁总面积的10%。