О чем следует помнить при спектрофотометрических измерениях

Цвет подложки под оттиск

Климатические условия измерений

Учет зеркальной составляющей. Спектрофотометры со сферической геометрией

Зачастую пользователи, вложившие в покупку спектрофотометра солидные средства, удивляются и негодуют по поводу большого разброса результатов измерений. Однако виноватыми в низкой точности инструментальной оценки цвета, как правило, оказываются они сами. Остановимся на некоторых аспектах спектрофотометрического контроля, о которых пользователи приборов часто забывают или попросту не знают.

Цвет подложки под оттиск

Цвет поверхности, на которую помещен оттиск во время измерений, способен оказывать существенное влияние на их результаты. Причина этого явления кроется в полупрозрачности большинства запечатываемых материалов. Строго говоря, непрозрачными являются только некоторые пластики и картоны, большинство же печатных бумаг в той или иной степени пропускает свет.

Спектроденситометр с геометрией 0/45 Techkon SpectroDens

При измерении оттиска, выполненного на бумаге, свет частично отражается от поверхности, на которой лежит оттиск, и, вновь пройдя через бумагу, фиксируется прибором. Чем прозрачнее материал, тем более существенной может оказаться ошибка измерения цвета.

Какие поверхности следует использовать в качестве основы, на которую укладывается оттиск при измерении цвета? Однозначного ответа на этот вопрос не существует. Еще недавно рекомендовалось подкладывать под оттиск стопу незапечатанных листов, теперь советуют применять стандартизованные белую или черную подложку под оттиск, однако всех проблем это не решает. Например, как корректно оценить цвет оборота оттиска при запечатанной лицевой стороне? Очевидно, что если плотность бумаги невысока, то на результаты оценки цвета оборота будет влиять краска, нанесенная на лицевую сторону. К сожалению, удовлетворительных способов решения этой проблемы пока не выработано.

Черная подложка в настоящее время применяется в основном для измерения оттисков, запечатанных с обратной стороны преимущественно черной краской, например при построении цветового профиля газетной печатной машины. В остальных случаях используется белая подложка.

Стандартом ISO 12647­2 в качестве типовых подложек для цветовых измерений определены непрозрачные ахроматические материалы, имеющие рассеивающую свет поверхность. Черный материал не должен отражать более 2­5% излучения видимого спектра; коэффициент отражения белого материала должен превышать 0,3 в диапазоне от 400 до 420 нм и 0,75 в диапазоне от 420 до 700 нм. Кроме того, белый материал не должен содержать флуоресцентных компонентов.

Климатические условия измерений

Влажность и особенно температура воздуха влияют на характеристики электронных и оптических элементов измерительных приборов, внося погрешности в результаты оценки цвета. Перепад температуры в 10 °С может привести к погрешности измерения более 1 dE. Поэтому для повышения точности инструментальной оценки цвета следует следить за стабильностью климатических условий в помещении, где выполняются измерения. Стандартом ISO 554 в качестве оптимальных определены следующие условия измерений: температура воздуха — 21­25 °С, атмосферная влажность — 45­55%. При выполнении особо ответственных измерений значения температуры должно находиться в пределах 22­24 °С, относительной влажности — 48­52%.

Учет зеркальной составляющей. Спектрофотометры со сферической геометрией

Воспринимаемый 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 освещения: направленным светом и диффузное освещение. В первом случае световой поток падает на окрашенный объект под строго определенным углом, во втором случае рассеянный свет равномерно
освещает объект.

Международная комиссия по освещению (Commission Internationale de l’Eclairage, CIE) рекомендовала следующие геометрии освещения и наблюдения:

•   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 диффузионный отраженный свет. Углы раскрытия освещающего светового потока не должны превышать 5°.

Геометрия 0/45

Геометрия D/0

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.

Спектральная кривая отражения объекта с учетом и без учета зеркальной составляющей

Приборы, в которых используются геометрии 45/0 и 0/45 (именно они традиционно используются в полиграфии), не позволяют корректно оценить цвет поверхностей, от которых значительная часть света отражается зеркально. К таким поверхностям относятся, например, отпечатки металлизированными красками. Исключить зеркальную составляющую при колориметрических измерениях можно, применяя спектрофотометры со сферической геометрией. Поскольку металлизированные краски все чаще используются в полиграфии, рассмотрим принцип работы подобных приборов более подробно.

Для 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 десяти 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.

Принципиальная схема двухлучевого спектрофотометра с геометрией D/8

В настоящее время для покрытия сферы разрабатываются новые материалы, 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.

В качестве источника излучения, как правило, используется импульсная ксеноновая лампа с фильтрами, позволяющими эмулировать стандартизованные 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 помещается 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.

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).

Спектроденситометр со сферической геометрией X-Rite SP60

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, представляющего собой отношение отраженного от образца света к свету, отраженному сферой. Измерения с использованием двухлучевой схемы являются более точными, чем результаты, полученные с помощью 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. Применение диффузного освещения, например, сводит до минимума погрешности измерения объектов с текстурой, что может быть востребовано при печати на многих упаковочных материалах.

КомпьюАрт 8'2006