色差仪照明系统的要求及其对颜色测量的影响
2023-12-07
色差仪是仿照人眼感色原理而研制的光电仪器,由照明系统、探测系统和数据处理系统三部分组成,其中照明系统又是由光源、透镜、隔热玻璃和导光筒组成的。本文对色差仪色差仪照明系统的要求及照明系统对颜色测量精度的影响做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!
色差仪照明系统的要求:
现在使用的测色色差计光源主要有A光源,C光源,D65光源,A光源代表完全辐射体在2856K发出的光(X=109.87,Y=100.00,Z=35.59),C光源代表相关色温大约为6774K的平均日光,光色近似阴天天空的日光(X=98.07,Y=100.00,Z=118.18),D65光源代表相关色温大约为6504K的日光(X=95.05,Y=100.00,Z=108.91),它的相对光谱功率分布在300~830nm的光谱范围内。现阶段国际照明委员会(CIE)规定新型材料样品色的测量,要求照明体光谱分布的范围不仅限于可见区,还必须包括近紫外区成分,而以往使用的标准光源A和C,不能完全代表日光(昼光),尤其是紫外波段。因此,它们已不能适应色度学发展的需要,现在主要光源多为D65光源。
在颜色测量时,有光源和接收反射光线的装置,也就是入射和反射光线,其间夹角主要有两种,2°与10°,这是因为在不同的角度下,模拟人眼视场所看到的颜色有差别。实验表明:人眼从小视场(2°)增大到大视场(10°)时,颜色匹配的精度和辨别色差的能力提高,但当视场再进一步增大时,颜色匹配的精度提高就不大了。由于10°标准视场对400~500nm区域短波光谱有更高的敏感性,目前多数仪器以D65,10°为主。
在检定过程中,先要明确色差计的光源和观测视角,以对应用于校准的标准色板的值。
色差仪照明系统对颜色测量的影响:
色差的照明系统是由光源、透镜、隔热玻璃和导光筒组成的。其内部照明光源通常是标准A光源,而实际应用中都需要测量物体在标准D65和C光源下的色度值,所以要模拟出D65光源,只要使仪器总的光谱灵敏度符合D65下的卢瑟条件即可。在照明系统中影响测量精度的因素有:
1.照明光源
在设计光源的供电电路时要保证电源输出电压的稳定性,这样才能保证光源发光稳定;其次仪器一定要预热足够长的时间,使光源光谱稳定,才能进行测量。
2.凸透镜
作用是把光源发出的光变成均匀得“平行光”。但是实际上这是不可能的,因为我们的光源不是点光源,所以只能得到近似的平行光。由此它对虑色器光谱透射比的影响如下:
其中,α为光线与虑色器法线的夹角;φ为光束最大倾斜角;d为有色玻璃厚度。上式表明斜光束使得能量增强,因此虑色器的滤色片应该适当的加厚,以校正由斜光束带来的影响。
3.隔热玻璃
因为光电探测器在红外和紫外波段仍有响应,这是色差计所不需要的,也是不希望的。它对实际测量结果有很大的影响,所以我们选择在透镜下方增加一块隔热玻璃,用来消除紫外和红外部分。无隔热玻璃和隔热玻璃的测量结果往往是存在差异的,并且某些数据超出了一定的范围,不能达到国家一级品的要求,而在加热了隔热玻璃以后数据误差变小,达到国家一级品的要求。
4.导光筒
为了保证光线照射到待测样品上时,光线与透镜轴线的夹角不超过10°,需要把一些倾斜角较大的光线去处掉,这样消除去杂散光。
色差仪照明光源的类型:
同一个颜色的物体在不同的光源照射下呈现的颜色是不一样的,因此光源是影响色差计的一个非常重要的因素。可根据待测样板的实际情况选择CIE规定的A标准光源、C标准光源、D系列标准光源D50、D65、D75、F标准光源中的一种,A光源的颜色偏黄,色温为2856 K,C光源的色温为6744K,它表示北方天空的日光,D系列的光源因为其色温为5000~7500K,接近白色,所以其显示性较好。F系列的光源为较节电的荧光灯显示性一般。光源可以更换,但每次更换光源后要进行色差计较准。各种光源下用标准反射折板光谱三刺激值如下表所示。
色差计使用一段时间后,光源色温会发生变化,其相对光谱功率分布就会改变,导致其与卢瑟条件的匹配精度降低,故其测色精度也随之下降。因此,为了保证色差计的长期测量精度,需要定期用标准反射白板进行标定。