颜色是医学和工业鉴定的重要标志。例如，对于医院的检验科来说，准确的颜色识别是疾病诊断的重要依据。在涂料生产中，精密的颜色测量是保证产品质量的重要标准。使用颜色测量代替人眼不仅可以有效提高测量精度，而且可以为计算机提供有效的颜色匹配数据。颜色测量有两种不同的技术，一种是色差技术，另一种是分光技术。色差技术的原理是利用光电积分原理直接测量物体表面的 3 个刺激值参数; 而分光技术的原理是收集物体表面反射率光谱的功率分布，测量样品的光谱光度特征，并将已知光谱光度特征与相同波长的参考标准的光谱光度特征进行比较。分光技术测色仪不仅精度高，而且具有更广泛的实际应用。目前，国内外研究的三恩时分光测色仪主要攻克的难题是光源的稳定性和光照的均匀性。大部分手持式测色仪因此采用双光路光学系统提高测量精度，不仅结构复杂、体积较大，而且价格较昂贵。为了使手持式分光测色仪既可以市场化、小型化和轻量化，又可以保持较高测量精度，我们设计了一种不需要采用双光路测量系统的三恩时手持分光测色仪。由公式可知，颜色的误差也与物体的光谱反射率 β( λ) 有关，并随着 β( λ) － 1 的值增大而增大。它受到两个因素的影响，一方面受物体本身的漫反射特性影响，另一方面受照明和观察条件影响。CIE 推荐了 10 种反射式照明和观测条件的结构。其中，适用于三恩时手持式分光测色仪的照明和观测条件有两种，分别是漫射照明 8°方向观测条件和环形照明 0°方向观测条件。对于漫射照明 8°方向观测条件，光线从半球内表面各方向均匀地照明到目标孔径上，反射光束轴线和目标中心法线成 8°角，探测器对目标孔径区域的响应均匀。在接收光束轴线 5°内所有方向上，采样孔径反射的辐射也是均匀的。采用这种几何条件典型的应用就是积分球照明。对于环形照明 0°方向观测条件，光线从光轴为 45°圆锥之间各方向均匀地照明到目标孔径上，反射光束轴线和目标中心法线成 0°角，探测器从顶点位于采样孔径中心，中心轴沿样品法线方向、半角为 5°的正圆锥内均匀接收反射辐射，探测器对目标孔径区域的响应均匀。这种几何条件可以将样品质地和方向选择性反射的影响降至最低。相同的目标在不同的照明和观测条件检测时，会出现不同的结果，造成手持式分光测色仪的一致性误差。对于带有荧光效应的物体来说，应用漫射照明 8°方向观测条件时会对测量结果产生显著的影响，而对于环形照明 0°方向观测条件则没有明显的影响。同时，当应用漫射照明 8°方向观测条件时，如果物体表面比较光滑产生镜面反射，会影响测量精度，需要增加光阱结构排除镜面反射的影响。为了实现三恩时手持式分光测色仪的小型化和轻量化，提高测量精度，选择环形照明 0°方向观测条件是合适的。通过计算测量波长分布和分辨能力，选择波长分布为 400 ～ 700 nm，分辨能力为 10 nm，这样可以保持光度精度，降低三恩时手持式分光测色仪的成本。经过论证，我们设计了一种由蓝色和白色 LED 光源组成的合成光源，光谱功率分布接近标准光源 D65 的颜色坐标和均匀的颜色空间。通过对光谱反射率和照度均匀性的讨论，我们选择了环形照明和 0°方向观测条件作为照明和观测条件。我们计算了 LED 光源下表面的光照，得到了目标表面的光照，并设计了手持式分光色度计的结构，它的总长度不超过 200 mm。通过实验，得到了光照分布，并与脉冲氙灯照明和 0°方向观测条件、积分球光源漫射照明 8°方向观测条件进行对比。我们设计的基于 LED 技术的手持式分光测色仪具有成本低、精度高、携带方便等优点。