色差儀工作原理
色差儀是一種用於測量物體顏色差異的精密儀器，其工作原理基於光學與色度學的基本原理。透過標準光源、光學收光系統、偵測器與演算法，色差儀能將人眼看到的顏色差異轉換成可量化的數據。
在工業品管、塑膠、塗料、印刷、紡織、食品、化妝品與電子材料等領域，色差儀可協助企業建立客觀的顏色判定標準，降低人眼判斷造成的誤差。
一、色差儀的基本工作原理
色差儀通常配備特定的標準光源，例如 D65 光源，以確保提供穩定且標準化的照明條件。當光線照射到被測物體表面時，物體會對光線進行反射或透射。
儀器內部的光學系統會收集這些反射或透射的光線，並將其引導至偵測器。偵測器會將光訊號轉換為電訊號，再透過內建演算法計算出顏色數值，例如三刺激值 X、Y、Z、色度座標 x、y，以及常見的 CIE Lab 數值。
圖一：D/8° 積分球量測結構示意。透過積分球與偵測器收集樣品反射光，可用於 SCI / SCE 等不同量測模式。
D/8° 量測結構常參照的標準包括：CIE No.15、ISO 7724-1、DIN 5033 Teil7，以及 ASTM E1164、GB/T 3978、JIS Z8722 C 條件等相關標準。
光源 Light Source：提供穩定入射光線。
積分球 Integrating Sphere：內部通常使用高反射率漫反射材料，讓光線在球內多次均勻反射，提升收光均勻性。
樣品 Sample：放置於量測口，用於測量其反射光譜。
探測口 Detector Port：偵測器接收反射光的位置，常見 D/8° 結構會以 8° 角接收樣品反射光。
反射平面 / 光陷阱：在 SCI 模式下包含鏡面反射光；在 SCE 模式下，光陷阱會排除鏡面反射，使量測更接近人眼觀察表面顏色的效果。
二、SCI 與 SCE 模式差在哪裡？
SCI，Specular Component Included：包含鏡面反射光，較能反映材料本身的顏色資訊，常用於配色、材料比對與色彩數據管理。
SCE，Specular Component Excluded：排除鏡面反射光，較接近人眼看到的表面外觀，適合評估產品表面視覺效果，例如光澤差異、塗裝外觀或成品外觀比對。
簡單來說，SCI 比較偏向「材料本身顏色」，SCE 比較偏向「人眼看到的外觀」。實際該使用哪一種模式，需依產業標準、品管要求與樣品表面狀態決定。
三、Lab 色彩空間如何表示顏色？
色差儀會透過內建演算法與數學模型，將偵測到的光訊號轉換為可比較的顏色數值。常見的表示方式包括三刺激值 X、Y、Z、色度座標 x、y、Lab 值與 Lch 值。
圖二：CIE Lab 色彩空間。L 表示亮度，a 表示紅綠方向，b 表示黃藍方向。
L 軸為亮度軸：0 為黑，100 為白。
a 軸為紅綠軸：+a 偏紅，-a 偏綠。
b 軸為黃藍軸：+b 偏黃，-b 偏藍。
這些數值可以用來表示標準樣品與測試樣品之間的顏色差異。常見標識包括 ΔL、Δa、Δb 與 ΔE。其中 ΔE 被定義為樣品與標準色之間的總色差，但它不能直接表示色差偏移方向；ΔE 數值越大，代表整體色差越大。
四、ΔE 色差值如何計算？
色差儀可根據 CIE 色度空間中的 Lab、Lch 原理，測量並顯示樣品與標準色之間的色差 ΔE，以及 ΔL、Δa、Δb 等差異值。
ΔE*ab = √[(L2 − L1)² + (a2 − a1)² + (b2 − b1)²]
範例：
標準色：L1 = 50，a1 = 10，b1 = 20
樣品色：L2 = 52，a2 = 13，b2 = 18
ΔE*ab = √[(52 − 50)² + (13 − 10)² + (18 − 20)²]
= √[2² + 3² + (-2)²]
= √[4 + 9 + 4]
= √17 ≈ 4.12
ΔE*ab ≈ 4.1，通常已屬於肉眼可明顯分辨的色差。
延伸閱讀：色差數據不同與人眼分辨之感受
透過與標準顏色樣本的參數進行比較與計算，色差儀能得出被測物體與標準樣本之間的顏色差異數值，協助使用者準確評估物體的顏色特徵與偏差程度。
五、不同產業常用的色差公式
不同產業、規範與客戶要求可能會使用不同色差公式。實際應用時，仍需依產品類型、國際標準、客戶規格與內部品管要求選擇合適的公式。
| 產業或應用情境 | 建議使用公式 |
|---|---|
| 一般品管 | ΔE00 |
| 舊規格對照 | ΔE*ab |
| 塑膠、塗料 | ΔE94 |
| 紡織 | ΔEcmc |
六、色差儀適合哪些應用？
塑膠與射出成型：用於原料、色母、成品與批次色差管理。
塗料與噴塗：用於塗層色彩一致性、成品外觀與客戶標準比對。
印刷與包裝：用於品牌色、紙材、油墨與包材顏色控管。
紡織與染整：用於布料、染色批次與成衣顏色檢測。
食品與化妝品：用於產品顏色穩定性、原料批次與外觀品質管理。
七、支點科技可提供哪些色彩量測設備？
色差儀憑藉精確的光學系統、靈敏的偵測器與穩定的演算法，能為各產業提供可靠的顏色測量解決方案。
支點科技提供 3nh 系列色差儀與分光測色儀，例如 Aurora、TS-26D 等桌上型與攜帶式機種，可支援高精度 ΔE 計算與多光源應用需求。
若需標準照明環境，也可搭配 TILO 標準光源箱，建立更完整的色彩比對與品管流程。
總結
色差儀透過光學、電子與計算技術的整合，將顏色差異轉換為客觀數據，是工業色彩管理與品質控管的重要工具。
若企業需要建立穩定的顏色標準、降低人眼判斷誤差，或提升批次之間的顏色一致性，建議依樣品型態、量測方式、產業規範與預算，選擇合適的色差儀、分光測色儀或標準光源箱。