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对色光源浅谈

发布日期:2016/5/3 14:58:21

在国家标准中, 颜色被定义为“光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性”也就是说, 人们在对外界事物的颜色进行感知和判断时 ,光源是决定性的因素 。光源分为自然光源和人造光源两种 ,前者主要指日光 ,后者则包括白炽灯 、卤钨灯 、荧光灯、氙灯等各种电光源。在长期的生产和生活实践中, 人们已习惯于在自然光下辨认颜色 , 但是, 受时间、气候 、季节 、纬度等因素的影响, 自然光的光色并不稳定, 因此现代工业上一般倾向于用人造光源来实现精确对色。
为了定义用于评价颜色外观的人造光源, CIE(国际照明委员会)先后规定了一系列标准照明体和标准光源 。其发展大致经历了三个阶段 :1931 年 CIE 规定了A 、B 、C 三种标准照明体 , 并推荐了相应标准光源 ;1967 年为了弥补标准照明体 B 、C 在紫外区的不足, 规定了 D 系列标准照明体, 包括 D50 、D65 、D75等 , 跨度为自然光中的紫外 、可见光和红外区域;1970 年以后 , 随着荧光灯的日益普及和在商业上的广泛应用, CIE 又规定了 F 系列荧光光源 , 其中 F1-F6 为普通荧光灯 、F7-F9为高显色性荧光灯 、F10-F12为三基色荧光灯 。CIE 标准照明体的出现使工业上的精确对色成为可能,所谓对色光源就是指符合或在一定程度上符合CIE 标准照明体光谱组成的人造光源。

一、常用对色光源简介
印染行业常用的对色光源有 A 、D65 、TL84 、CWF 、U30等。这些光源往往被专业生产厂商组合 、排列在一只标准光源箱中供客户使用 。不同的光源箱其配置可能不同 ,如美国GretagM acbeth 和英国Verivide 等都有各自的系列灯箱产品, 可以满足不同客户的需求 。
1、A(INCA)光源
A 光源为色温 2 856K 的充气螺旋钨丝灯, 属典型的白炽灯,主要用于家庭居室或商店的重点照明 。
2、D65光源
在 D 系列标准照明体中,CIE 推荐 D65为首选照明体 。D65代表相关色温为 6 500K 的平均昼光, 是在一年中不分季节 ,一天中不分时段 ,对阴天时的北半球北窗昼光进行测量的一个平均结果 。在 ISO 105 —A01《纺织品色牢度试验通则》和 ASTM D1729《不透明材料目视评价的标准方法》等众多标准中, D65都是必不可少的标准光源。但是由于 D65的光谱功率分布特别,目前还没有任何一种人工光源能够发出与 D65光谱功率分布完全相同的光 ,只能近似模拟。在大多数标准灯箱中 ,都以 2 只高显色性荧光灯来模拟 D65光源, 而在 GretagMacbeth SPL Ⅲ型标准灯箱中,则采用钨丝滤镜技术 ,以 2 只卤钨灯来模拟 D65光源。
3、商业客户光源(F系列光源)
T L84光源(F11)属 F 系列荧光光源, 是 Philips(飞利浦)公司的特有产品 , 因广泛使用于英国 M arks &Spencer(玛莎百货)而成为欧洲市场重要的商业对色光源。 TL84光源一般采用飞利浦公司内涂稀土荧光粉的“TLD”型(细管径型)荧光灯管来实现, 是一种三基色荧光灯,相关色温为 4 000K 。
CWF 光源(F2)主要用于美国的商业与办公机构,相关色温为 4 150K 。 CWF 是 Cool White Fluoresent 的缩写,即冷白荧光灯,U30/TL83光源(F12):U30全称 Ultralume 3000 , 也是一种三基色荧光灯,相关色温为 3 000K 。在遍及全美的Sears(西尔斯)百货公司里 ,使用的就是由 Westinghouse(西屋电气)公司制造的 U30灯管。 U30光源相当于欧洲所使用的 TL83光源 ,在GretagMacbeth JudgeⅡ型标准灯箱中,即以飞利浦公司 TL83荧光灯来实现 U30光源。
4、其它光源
除了以上几种光源外, 一般光源箱中还配有 UV光源, 这是一种紫外线灯 ,常单独或与其它光源组合使用,以检查织物是否增白及含荧光染料等 。另外, 有的灯箱中还配有 HOR(HORIZON)光源。这是一种卤钨灯,模拟早晨或黄昏时的日光 。

二、常用对色光源特性
光源的特性是由光源的相对光谱功率分布 S (λ)而决定的。所谓相对光谱功率分布是指光谱密度的相对值与波长之间的函数关系,也即光源发出的光线中 ,不同波长上的相对能量比例。图 1 ~ 5 给出了几种常用对色光源的相对光谱功率分布曲线 ,横坐标为波长 ,纵坐标为相对光谱功率分布[ 4~ 6] 。
图 1 ~ 5 所示 5 个常用对色光源其相对光谱功率分布曲线各不相同 ,有的是连续光谱 ,有的是非连续光谱 ,还有的只有几个线状带谱 。一定的光谱功率分布表现为一定的光色 。由图 1 可以看到,A 光源在短波区能量较低 ,而在长波区间能量较高 ,因此A 光源光色偏红偏黄 ;图 2 所示高显色性日光灯采用多谱带荧光粉 ,谱带更宽 ,光色也趋向于白色 ,但其相对光谱功率分布与 D65相比, 仍有差距 ;图 3 中 CWF 为普通荧光灯 ,采用的是卤磷酸盐荧光粉, 谱带较宽, 光谱功率分布峰值在 580 nm 附近 , 光色偏黄、偏绿;图 4 、5 中TL84与 T L83(U30)虽同属于三基色光源 , 线状带谱分布也差不多, 但由于最高辐射能所在的线状带谱对应的波长不同, 其性质也就迥异, 结果就是 T L84光色偏蓝而 TL83(U30)光色偏黄 。
光源的光色直接影响到物体的颜色 。物体的颜色是由于物体选择性地吸收了入射光中的补色成分, 而将剩余色光反射的结果, 不同的入射光光谱会产生不同的颜色效果 。表 1 给出了 PAN TONE 18-1663 TP色卡在不同光源下的色度数据[ 7] 。物体在不同光源下会给人以不同的色彩感觉 ,这就涉及到光源的显色指数问题 。光源显色指数是指在某种光源照明条件下, 被观察样品的颜色感觉与在日光下观察相同样品时颜色感觉的接近程度。显色指数以 R a表示,范围为 0 ~ 100 ,数值越高, 表示在此光源下观察颜色的效果与日光越接近 。一般来说,连续光谱有较高的显色指数 ,非连续光谱的显色指数较低 。如 A 光源(白炽灯)R a≥95 ;模拟 D65的高显色日光灯 R a在 92 左右 ;而普通荧光灯 CWF 的 R a则只有 62 左右 , TL84 、TL83虽也属于非连续光谱, 但由于是三基色光源 ,其显色指数 R a都大于 80 ,也有较好的显色性 。

三、常用对色光源与染料的演色性
同样道理,如果将某只染料染色的织物放在不同的光源下照射, 也会得到不同的颜色, 这种现象称作染料的演色性 。国内外一些大染料供应商都很重视染料的演色性, 在其产品色卡上除了标明染料在标准光源下的测试数据外, 一般还特别注明染料在其它光源下的变色程度。如 DyStar 公司以dR(明显变红)、w R(轻微变红)等术语来表示其 Remazol 系列染料在 T L84光源下的色变;Ciba 公司则以 RR(较红)、YD(较黄, 略暗、略灰)等术语来表示其 Cibacron LS 系列染料在钨灯下的色变等。
各大染料供应商对其染料演色性的表示方法不一样,测试方法也不尽相同。较有代表性的台湾永光化学工业股份公司是以标准染色深度 3 .0 %(ow f)的丝光染色布为测试布, 以标准光源 D65为基准, 将测试布在钨丝灯和 TL84灯下的演色性用AATCC 变褪色灰卡进行比较、评级[ 8] 。了解各染料的演色性, 对于我们在不同光源下选择拼色染料很有帮助, 而借助于现代化的电脑测配色系统, 可以很方便地实现这一点 。

四、常用对色光源与照明条件等色
照明条件等色是指两个有色样品在某一对色光源下显示的颜色效果相等 ,而在另一光源下则不相等的现象。照明条件等色现象的本质是因为样品的光谱反射曲线不同 ,图 6 ~ 8 清楚地显示了这一点[ 4][ 横坐标为波长(单位纳米),纵坐标为样品反射率] 。
样品 1 和样品 2 波长在 400 ~520 nm 间反射曲线差异很大 ,而在 520 ~ 700 nm 间的反射曲线接近 , 所以当用较高光谱能量集中在长波区间的A 光源下照射时 ,两样品显示的颜色效果相等(如图 7 所示);而用在蓝波段有较高能量的 D65照射时 ,两样品显示的颜色效果就不相同(如图 8 所示)。样品 1和样品 2 的情况就属于我们所说的条件等色。反过来说 ,我们判断两个样品是否是条件等色, 一般都选择在具有连续光谱组成的A 光源下与其它光源下分别进行对色。
样品 1 和样品 2 的情况就属于我们所说的条件等色 ,在色度学中称样品 1 和样品 2 是同色异谱色。如前所述, 要判断两个样品是否是条件等色,一般应选择具有连续光谱的光源, 且光源光色分别偏向可见光谱的两端, 即偏红和偏蓝 。国家标准 GB/ T 15610 —1995《同色异谱的目视评价方法》中就规定 , 对同色异谱色的目视评价应采用标准光源 D65和标准光源 A 。
照明条件等色在工业生产中具有非常重要的意义 。这就意味着在实际生产中, 只要指定了对色光源,即使我们使用的染料与客户标样所用的染料不相同,也能达到相同的颜色效果 。需要指出的是 , 虽然理论上有许多对染料组合可供选择, 但我们仍要首选那些在主光源下拼色与标样相同, 而在其它光源下又与标样色差在允许范围内的染料。

五、结束语
在常用对色光源中, 原则上说, 没有一种光源比另一种光源的颜色更好 , 只能够说人们更习惯于在什么样的照明条件下观察颜色 。由于人类长期生活在日光照明的环境下, 对日光最熟悉也最适应 ,因此 D65应该是最适合的光源 。但即使是模拟 D65的高显色日光灯 ,也因价格昂贵而只能在实验室使用, 真正在商业上广泛应用的是普通的冷白荧光灯和高效节能的三基色荧光灯, 而在家庭居室中,白炽灯因便于装饰被人们大量使用。在对色时 ,我们必须先统一对色条件, 明确对色光源 。


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