色度计基础（四）测色仪器的重要参数

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色度计基础（四）测色仪器的重要参数

如何挑选一款合适的测色设备，除需要考虑设备能否适应测试场景，通过考量一些仪器普遍标注的，可以作为比较和参照依据的重要参数，对购得合适的实验设备也非常重要。了解一台测设设备有哪些重要参数，表示什么样的含义，由什么影响，对挑选一款合适的测色设备显得非常重要。

一、色坐标精度

光电积分测色仪器的色坐标准确度，主要受卢瑟条件限制。在CIE-XYZ色度系统中，样品色坐标X,Y,Z值的获得可以由下式表示。式中，S（λ）为光源的光谱能量分布，β（λ）表示物体的光谱幅亮度因数，x（λ）、y（λ）、z（λ）表示CIE标准观察者光谱三刺激值谱线。

图 1 左：XYZ值的与标准CIE-XYZ系统谱线的关系

                                                                      右：Hyperion色度计三刺激值谱线

根据卢瑟条件，光电积分测色设备，要想获得准确的XYZ坐标，就必须要有跟CIE-XYZ标准色度系统高度吻合的三刺激值曲线，这将直接反映在设备的色度精度上。

二、亮度精度

在XYZ色度系统中，Y值符合人眼光谱灵敏度曲线，故可用Y值表示样品的亮度。如前所述，设备测得亮度值的精确度可能受卢瑟条件

限制。

此外，分光器件、探测器和信号放大电路的线性度也会影响设备的亮度精度。这类系统中常用反射式光栅作为分光器件，受入射角和波长影响，经光栅衍射后的光在各个方向上的能量分布不均匀，zui终呈现为入射光强和实际探测光强之间的非线性。同时，探测器对不同强度入射光的响应的线性度，信号放大电路的线性度也会影响设备的亮度精度。这些在仪器测试阶段可以明确的系统误差，生产商可以通过硬件上或软件上的补偿来消除。

图 2 某款探测器的波长灵敏度曲线

三、数据重复性

各器件性能可靠性：

仪器中，各器件对环境的敏感程度影响着测试数据的稳定性，这些影响可能来自机械震动、环境温度变化等。

噪声水平：

各类光电二极管、ccd都存在暗电流，且暗电流大小会受探测器温度影响较大，仪器内部产生的热量能否及时从设备中排出，对设备

测试数据的稳定性影响明显。

四、光谱分辨率（仅针对光谱仪）

光栅刻划线密度：光栅的刻划线密度，影响光栅的分光能力。在一定范围内，光栅刻划线密度大，则光栅可以将样品光谱分散到更大的角度上，可以将波长分的更细，增加线阵CCD的像元个数，则可以提高光谱分辨率。但同时，在样品光强不变的情况下，单个传感器上的分得的信号强度变弱。这往往需要厂商在设备成本、探测精度和光谱分辨率之间做一个权衡。

五、单次测试时间

仪器的测试时间，一方面取决于探测器需要多长时间获得足够强度的信号，另一方面设备对数据的处理速度，一次测试结束到下一次测试开始，设备所需的稳定时间也会影响仪器测试速度。

同类仪器的单次测试时间，在低亮度下，差距较为明显。在保证满足测试精度要求的情况下，设备的测试速度，直接影响工厂产线的检测效率。

六、光强范围

设备标称的可以探测的光强范围，影响设备可以应用的场景。对低亮度，需要验证设备在该亮度下的实际测试的精确度是否能满足需

求。

 

图 3  Hyperion的部分数据单

补充： 产品手册中标注的数据能直观的表征设备的性能，但却隐藏了很多测试过程中的条件。测试条件的改变，引起设备测试能力的变化，有时只有在实际测试中才能体现出来。在实际测试中，需要考虑以下因素对测试的影响。

1. 样品亮度：

各类测色仪器，在信号强度较低时，各类测试结果、测试精度都会出现变化。这很好理解，根据前面的描述，信号强度变弱后，随着增益系数的增大，噪声水平显著提升，信噪比降低，测试数据准确度下降。因此设备在低亮度下性能也是设备品质的重要指标。

2. 环境光影响：

在仪器的测试环节，往往将仪器置于暗室之中完成测试和标定，但在实际的产线上，可能有部分环境光或其他设备的光源存在，可能会对仪器的精确度产生影响。

3. 测试距离，面积：

仪器的测试面积变化，对于已知均匀性很好的样品，对测试结果的影响并不明显。但对于均匀度未知的样品，测试面积的变化，会引起采样区域的变化，对测试结果影响明显。

测试距离比较长的系统，可能会对环境光敏感，较长的焦距，让杂散光，环境光可以进入设备，但这也不是绝对的，取决于设备的光学系统设计。

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