色差仪是以色度学为基础而研制的光学分析仪器,因此在其技术参数中,会列出具体的设置参数,比较常见的就有色差仪测量角度和观察者角度。本文对色差仪常用测色角度与观察者角度的类型做了介绍。
色差仪常用测色角度的类型:
在颜色测量技术中,已有的测色仪器包括0:45°、多角度和d:8°(也称积分球式)等不同几何光路的分光光度计。
0:45°仪器主要有两种测量方式,一种是0°入射,接受45°的反射光,另一是45°为入射光,0°角接受反射光,其测量原理如下图所示,这里只介绍一种测量方式。
这类仪器的测量原理简单来说就是在与中间轴成45度方向的点上有一个环带状灯带,这个灯带与中间的法线成45度角,然后灯带在45度角的方向进行照明,探测器在0度角的方向进行光线的接收。光线打在最下面的被测材料上面,经过材料的反射再在探测器上面进行接收。
d:8°积分球式测量仪器的光路图如下图所示,其基本原理为:光线垂直照射在测量物体上,反射光线在积分球内被均匀反射(积分球的内表面采用完全反射漫射材料,光线可以被来回反射)后单角度接收。相当于一个均匀的球体发光,照射在测量物体表面,测量它的光谱反射率。一般在球体内部与接收角度相对的位置上安装一个光泽吸收陷阱,当打开这个光泽吸收陷阱时,可以将任何镜面反射削减到最小值,这种测量方式称之为“排除镜面反射”(SPEX)。其结果与上述的0:45°仪器的测量结果相似,当我们测量高光表面的颜色外貌,需要考虑镜面发射的光泽影响时,关闭光泽吸收陷阱,采取“包含镜面反射”方式测量(SPIN)。
这类仪器测量原理一般是配合积分球的测量原理来进行测量的。光源打入积分球内部,积分球内部会将远远进行打散使得光源更加的均匀,然后照射在被测材料上。积分球的上方有一个透镜,光线经过被测材料穿过透镜到达探测器,然后探测器将接收到的光信号经过一系列的转换转变成数字供人们阅读。这里需要注意的是一般采用D/8的测量原理这里面又分为两种情况的,一种是包含镜面反射一种是不包含镜面反射。
色差仪常用观察者角度的类型:
标准观察者是一个专有名词,了解颜色体系的发展过程,就不难理解2°标准观察者和10°标准观察者(以下简称观察者)。2°观察者和10°观察者的实质是一组标准观察者的配色函数。这组配色函数是通过一些正常色观察者统计得出的,它与人眼的结构相关。
2°观察者的配色函数是1931年建立起来的,而10°观察者的配色函数是1964年在2°观察者的统计数据的基础上发展起来的,10°观察者的视场包含了2°观察者的视场。10°观察者具有更为严密的统计基础,因为它是建立在更多位正常色观察者的统计数据基础之上的。2°和10°观察者的视场如下图所示。
CIE1931-XYZ标准观察者的各个参数,都是适用于 2°视场的中央观察条件(适用10-4°视场),此视场角下观察物体,主要是人眼的中央凹椎体细胞起作用。故小于1°的极小视场的颜色观察和大于40的视场颜色观察条件,CIE1931-XYZ标准色度观察者不适用。因此,为了适应大视场的颜色观察,人们在大量实验的基础上,又建立了“CIE1964-XYZ 色度学系统”。
在“CIE1964-XYZ补色色度学系统”中观察被测物体,既覆盖了视网膜中心的椎体细胞,也覆盖了视网膜中央凹周围的杆体细胞,它适合于10°大视场。人的眼睛在2°的视场条件下,识别物体颜色的能力较低,在10°的视场条件下,判断颜色的精度和重现性较高。目前颜色测量大多采用,10°的视场。
色差仪中所采用的视场角度分为2°跟10°。视场角度的形成与人眼结构有关,对于任何的刺激,人眼中的锥体细胞都会产生反应。从生理学的角度讲,人眼视网膜中存在感光的锥体细胞与杆体细胞,这些细胞将接受到的色光信号传到神经节细胞,后由视神经传递到大脑中,产生色感。锥体细胞与视神经是一对一连接的,便于在光亮的条件下接受外界刺激,所以锥体细胞能感知物体的颜色。1931年CIE制定2°观测角实验是基于当时人们认为锥体细胞集中在视网膜的中心凹内,约700万锥体细胞密集在2°视场内,后来研究认为中心凹外也存在锥体细胞,于是1964年重新进行相关的实验后制定出了10°视场角度。
有文献分析在A光源下2°与10°差异不显著。1964年制定了10°后,CIE标准建议采用10°视场角度。