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色差儀在色差測量幾何中條件的選擇

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色差儀在色差測量幾何中條件的選擇

發布時間:2012-02-23 瀏覽:1611 次
色差儀在色差測量幾何中條件的選擇  
摘要由于色差測量目的不同,被測涂層表面所含色漿對入射光反射的特性不同和紋理不同,應當選擇不同的色差測量設備和測色幾何條件,介紹了市場上常見的幾種結構的測量不透明物體的色差的設備的光路原理和其對應測色幾何條件下測量的數據的意義和其適用的場合。  
裝飾性是涂料的重要作用之一,對于批次間和部位間的顏色匹配是涂料檢測的重要環節。色差儀是當前應用廣泛的測色設備,其原理是一束光經特定的光路照射到樣品上,并由一系列的探測器接收由樣品反射的光線并將光信號轉化為電信號的儀器。根據被測材料的光學性質的不同和測量目的不同,目前市場上有多種不同結構的色差測量的設備可供選擇。不同結構的色差儀由于測色幾何條件不同,即測量的光路不同,測量的結果會有差異。  
素色漆的測量  
素色漆是指顏料中只含有色漿的涂料,這種涂料對入射光的反射以漫反射為主,其顏色在各個角度看來沒有本質區別,只是在光澤和表面紋理的影響下會稍有不同。對應CIE標準的測色幾何條件,色差儀主要有積分球式和環形照明式兩種。  
1.1環形照明式色差儀  
理想漫反射物體對于任意一束光都將以漫反射形式即各方向等效地反射出去,為此入射光和觀察者的角度并不重要,不會影響倒觀察結果,但真實物體表面并非理想漫反射表面,多少都會由于鏡面反射成分和表面紋理而造成由于入射光和觀察者的幾何位置不同而表現的微小顏色差異。而對于的環形照明則可以消除這種影響。這種以45o環形照明,0o(法線方向)觀測的幾何條件可以縮寫為:45/0:c。由于光路可逆,它與0o照明45o方向環形接收是等效的,該測色幾何條件對應的色差儀有Minolta506D,GretagMacbeth公司的Coloreye2145等。  
Minolta506D使用一個氙燈作為光源,經由一組光導纖維將照明光以45o環形照到樣板上,法線上有一組光電管作為探測器。  
BYK公司的測色精靈也屬于這類儀器,不同的是它是由三組發光二極管構成環形光源,每組包括12個不同發射波長的發光二極管,三個發射波長相等的發光二極管互成120o,抵消樣品表面紋理的影響。GretagMacbeth公司的Coloreye2145  
這種色差儀的光路由于抵消了表面紋理的影響而更適合用于涂料顏色調配過程,因為樣品表面的光澤等紋理不會影響到顏色測量,在現實中沒有與之完全對應的觀察環境。  
1.2積分球色差儀  
積分球是一個中空的金屬球,其內表面涂有中等灰色的高反射漫射物質,如硫酸鋇或聚四氟乙烯。進入這個球體的光線經過多次反射后都只能從測量孔或光源孔射出積分球。一束光從任意的不通過球心的角度照進積分球后經過球壁的多次反射后會從各個角度照射到樣板,最終通過測量孔或光源射出積分球。測量孔是在與法線夾角成8o的位置,由一組光電管構成的探測器。X-Rite,Minolta,GretagMacbeth等很多公司都提供這種結構的色差儀。  
CIE沒有明確規定積分球的開孔的尺寸,只要求所有開孔面積不超過內表面積的10%,因此不同廠家的產品的開孔的位置,尺寸,光源入射角度會有區別,因此特別對于有中等光澤的樣板,不同的儀器測量結果的絕對值會有差異,但是對比測量的定性結論(樣品的絕對值與標準板的絕對值之差的正負)一般相同,只是定量(差值的大小)上存在差異。與觀測孔關于法線對稱的地方有一個光阱,關閉光阱時鏡面反射成分包含在內,簡寫作d/8:i,(d表示漫反射照明,8是8度角接收,i指包括鏡面反射)也可簡寫作SPIN。當光阱打開時去除了鏡面反射,此條件簡寫作:d/8:e,e指去除鏡面反射。很多色差儀比如X-Rite的SP64和Minolta的2600D能提供這兩種條件的測量。  
試驗表明當給相同的色板表面賦予不同的光澤后,其在SPEX條件下的測量值特別是亮度L受光澤的影響非常顯著,并在一定范圍內表現線性關系,而這些光澤不同的色板在SPIN條件下測量值十分接近。色板的目視效果與SPEX條件下的結論接近。  
SPIN條件由于測量不受樣品的影響而只決定于樣品中色漿的含量,因此適應于顏色調整過程使用。然而樣品的表面光澤會很大程度上影響目視感覺,因此在對最終完成的成品的色差檢測必須在相同光澤下由SPEX條件進行,對于不同材料間或不同紋理的材料間的顏色測量也應當在SPEX條件下進行,因為此時的測量結果考慮了紋理的影響且和目視效果最為接近。這種測色條件與在光源箱中觀察者以與樣板法線夾角8度的方向觀察樣板的幾何條件相對應。  
2.隨角易色表面的測量  
當涂料內含有金屬片或云母色漿時,樣品表面對入射光的反射不是各向等效的,也就是說樣品表面的顏色是入射光角度和觀察角度的函數,因此報告顏色時必須考慮到角度的影響。  
X-Rite公司的MA68系列產品提供5角度的逆定向反射角(aspecular)測量數據,它是一束平行光與法線方向夾45o角入射,在與其鏡面反射光成15o,25o,45o,75o,110o角的位置上分布著五組探測器,其中15o角代表近鏡面反射方向,110o代表逆光方向或稱側視方向。由于會受到樣板紋理的影響,旋轉樣品可能會影響到測量結果,且與目視效果接近,因此適合用于色板的對比。  
Minolta公司的CM512是另一類多角度色差儀。它用3組環形光導纖維將入射光成環形分別以與法線成15o,45o,75o夾角依次照射到樣品,在法線方向有一組探測器。與測量素色漆的45/0:c條件一樣,這種測量排除了樣品表面紋理的影響,因此更適合色漿調整過程。  
3.色度計  
以上都是分光光度計,它是探測器將接收到的光按波長分為多個部分分別測量的色差儀,因此可以在全光譜上進行配色。色度計是用三個對應三刺激值的濾光片濾光后分別測量光強度的色差儀,它不能給出由于照明變化,樣板產生的外觀顏色變化,因此成本大大降低。用于不透明物體測量的色度計多使用45:0:c測色幾何條件(見1.1),代表的設備有X-Rite918。色度計由于不能反映出詳細樣品在各個光譜頻率上的反射率,所以不能光譜配色,在此不再詳述。  
4.小結  
對于含有不同色漿的樣品和不同測量目的應當選擇合適的色差儀,以保證測量結果的有效。相同測色幾何條件下,色差儀結構和尺寸的差異對色差測量的定量結果有影響,但其定性結果一般相同。不同測色幾何條件下的測量結果在定性上就有可能不同,不具有可比性。
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