Спектрофотометры со сферической геометриейСпектрофотометры со сферической геометрией
В последнее время в полиграфии, в особенности в производстве этикеток и упаковки, все более широкое применение находят краски со специальными оптическими свойствами, прежде всего — металлизированные. Одной из проблем при применении подобных красок является сложность или невозможность объективной инструментальной оценки качества оттисков с помощью традиционных для полиграфии контрольно-измерительных приборов. Решить эту проблему позволяют новые для нашей отрасли приборы, которые в течение уже длительного времени успешно применяются в автомобилестроении, производстве пластиков и в текстильной промышленности. Геометрии измеренияВоспринимаемый наблюдателем цвет, равно как и результаты инструментальных колориметрических измерений, в значительной мере зависят от способа освещения окрашенного объекта и от углов освещения и наблюдения. Различают два способа: направленным светом и диффузное освещение. В первом случае световой поток падает на окрашенный объект под строго определенным углом, во втором — рассеянный свет равномерно освещает объект. Международная комиссия по освещению (Commission Internationale de l’Eclairage, CIE) рекомендовала следующие геометрии освещения и наблюдения:
Геометрия 0/45
• 45/0 — световой поток направляется под углом 45±2° относительно нормали к поверхности образца, а наблюдается под углом 0±10° относительно той же нормали. Углы раскрытия освещающего и наблюдаемого световых пучков не должны превышать 8°; • 0/45 — ось освещающего светового потока располагается под углом 0±10° относительно нормали к поверхности образца, а наблюдение выполняется под углом 45±2° относительно той же нормали. Углы раскрытия освещающего и наблюдаемого световых пучков не должны превышать 8°; • D/0 — образец освещается диффузным светом, а наблюдение выполняется под углом 0±10° относительно нормали к поверхности образца. Углы раскрытия наблюдаемого светового потока не должны превышать 5°; • 0/D — световой поток направляется под углом 0±10° относительно нормали к поверхности образца, а наблюдается диффузный отраженный свет. Углы раскрытия освещающего светового потока не должны превышать 5°. В последнее время стали разрабатываться приборы с несколькими углами освещения, отличными от углов, рекомендованных Международной комиссией по освещению, например 20, 45, 75 и 110°. Такие приборы находят применение в автомобилестроении для контроля цвета красок со специальными оптическими свойствами.
Геометрия D/0
Приборы, в которых используются геометрии 45/0 и 0/45 — а именно они являются традиционными в полиграфии — не позволяют корректно оценить цвет поверхностей, от которых значительная часть света отражается зеркально. К таким поверхностям относятся и отпечатки металлизированными красками. Исключить зеркальную составляющую при колориметрических измерениях можно, применяя спектрофотометры со сферической геометрией.
Спектральная кривая отражения объекта с учетом и без учета зеркальной составляющей
Спектрофотометры со сферической геометриейДля реализации диффузного освещения в спектрофотометрах применяется интегрирующая сфера. Согласно требованиям Международной комиссии по освещению она может иметь любой диаметр при условии, что суммарная площадь отверстий не превышает 10% ее внутренней отражающей поверхности. В портативных приборах диаметр сферы составляет 4050 мм, в настольных — 150 мм и более. Внутри сфера, как правило, покрыта сульфатом бария, коэффициент отражения которого в видимой части спектра составляет около 98,5%. При изготовлении сферы наносится до 10 слоев сульфата бария, однако естественный процесс старения материала приводит к тому, что покрытие сферы со временем приобретает желтый оттенок. Поэтому ранее напыление сферы обновлялось каждые 35 лет. Современные двухлучевые спектрофотометры этого не требуют. В настоящее время разрабатываются новые материалы для покрытия сферы, которые могли бы заменить сульфат бария. Например, проводятся испытания галона — разновидности порошкообразного политетрафторэтилена (РТFE), — который немного светлее сульфата бария, однако имеет низкую кроющую способность, поэтому покрытие должно иметь толщину в несколько миллиметров.
Принципиальная схема двухлучевого спектрофотометра с геометрией D/8
В качестве источника излучения, как правило, используется импульсная ксеноновая лампа с фильтрами, позволяющими эмулировать стандартизированные излучения, например D65. Для контроля УФсоставляющей применяются УФфильтры, не пропускающие излучение с длиной волны меньше определенной величины. УФфильтры дают возможность выполнять оценку эффекта люминесценции. Для того чтобы на образец попадал только рассеянный свет, перед источником излучения в осветительном отверстии сферы устанавливается рассеивающий экран. Измеряемый образец помещается в измерительное отверстие сферы. Обычно диаметр этого отверстия на 4 мм больше диаметра отверстия для приемника света. Это позволяет учесть свет, отраженный не поверхностными, а глубинными слоями материала измеряемого объекта.
Настольный спектрофотометр GretagMacbeth Color-Eye 7000A
Современные приборы со сферической геометрией строятся по схеме D/8 — наблюдение выполняется под углом 8° относительно нормали к поверхности образца. Угол наблюдения принят отличным от нуля для возможности исключения из результатов наблюдения зеркально отраженного света. Это становится возможным благодаря расположенной симметрично к приемнику света относительно нормали к поверхности образца ловушки для блеска — так называемому зеркальному порту. При открытой ловушке на образец не попадает свет под углом 8°, поэтому отраженный поток должен состоять только из диффузного света. При закрытой ловушке (используется специальная покрытая сульфатом бария заглушка) измерения выполняются с учетом зеркальной составляющей. В первом случае геометрию принято обозначать D/8:e (Specular Component Excluded), во втором — D/8: i (Specular Component Included).
Портативный спектрофотометр X-Rite SP62
Современные спектрофотометры со сферической геометрией, как правило, являются двухлучевыми. Второй луч используется для оценки света, отраженного от стен сферы. Он выходит из сферы через специальное боковое отверстие и с помощью направляющего зеркала попадает на спектральный анализатор, идентичный спектральному анализатору света, отраженного образцом. Использование второго луча позволяет измерять коэффициент отражения образца по отношению отраженного от образца света к свету, отраженному сферой. Измерения с использованием двухлучевой схемы являются более точными по сравнению с результатами, полученными с использованием однолучевых приборов, поскольку при этом значительно уменьшаются погрешности, обусловленные дрейфом характеристик электронных компонентов, изменением спектра источника излучения, а также отклонением оптических характеристик интегрирующей сферы. В современных спектральных анализаторах для разложения излучения на спектральные составляющие используются характеризующиеся высоким разрешением вогнутые голографические решетки. Разложенный на спектральные составляющие свет фокусируется на фотодиодную линейку. После этого информация преобразуется в цифровой вид, анализируется и обрабатывается. Спектрофотометры со сферической геометрией эффективны не только при измерении металлизированных или люминесцентных поверхностей. Использование диффузного освещения, например, сводит к минимуму погрешности измерения объектов с текстурой, что может быть востребовано при печати на многих упаковочных материалах.
|
