实验室如何模拟自然光

 分类: 喷墨课堂

(编者按: 
如果衡量一种喷墨打印相纸的好坏?表观、颜色表现、物理指标个应该占什么样的比重?又如何来测量这些指标?对于国内的消费者和从业者,始终是个难题,因此特请朋友翻译几篇国外的文章,了解他们是如何测试的。) 

  光强度(luminous intensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量,以l表示,单位为坎德拉(candela,简称cd)。 1979年的CIE标准定义为:频率为540×1012Hz(即波长555nm)的单色光源每单位立体角(1个球面度)辐射能为1/683W时的发光强度为1坎德拉。照度(illuminance)单位勒克斯Lux,发光强度为1坎德拉的点光源在半径为1米的球面上产生的光照度。该CIE标准定义把光强单位和能量绝对单位联系起来了,具有更广泛更准确的含义,特别规定出单色光源的波长,进一步把光的波长、焦耳能和光强联系起来。由于555nm为可见光波波长的中间值,因此依此波长建立的勒克斯数值更加偏重是人眼对光强度的感觉,而引发图像光衰退的光波多为紫外区和近紫外区的短波,因此在加速老化检测过程中,老化箱提供的勒克斯照度值并不能完全地和客观地反映光强度和图像光衰退的关系,仅具参考意义,光衰退情况与老化箱中光源种类,过滤片种类等参数密切相关,引用光衰退数据必须同时引用检测方法中的这些相关参数,否则容易引发误导和争议。需要明确指出的是,使用老化箱测试得到的光衰退数值与图像在实际使用中的真实耐光性情况仍不能简单关联。实际生活场合的光源种类、光照强度、温湿度环境、大气污染情况等影响因素更加复杂,因此图像实际使用的光衰退结果和做加速老化耐光性检测结果有时会产生很大差异。比如,一张图像保存在室内环境,晴朗天气下离开窗户一般距离的光强大约是100lux,而靠近窗户透过玻璃照射的日光光强在早上就可达到50000lux。一张图像在标准的荧光灯测试条件(每天光照12Hr,光强450lux)下可以保存35年,但如果放在窗户边,暴露在50000lux、每天3小时早上光照的照射强度下,只可以保存1年,而根据照度数据推算的结果应该是1.26年。其中差异主要是由于入射太阳光中短波比例与测试光源不同造成的。 
   氙灯即氙弧光灯常用作耐晒性或耐光性的加速测试光源,氙灯的输出全光谱与太阳光的全光谱最接近,可以最为真实地模拟完整的全光谱太阳光,其中包括紫外光、可见光和红外光波段,氙灯光谱有两个影响因素:滤光系统和光源稳定性。 

  1. 滤光系统 
  氙灯产生的光谱必须经过过滤来减少不需要的光谱成分,使用不同类型的滤光器可模拟出一定使用场合下的光谱环境。滤光器的使用取决于被测材料和材料的最终使用条件,经常使用的滤光器有3种类型:日光过滤器(Daylight Filter),窗玻璃过滤器(Window Glass Filter), Q/B扩展紫外线过滤器(Q/B Filter)。图6~图8展示了这些滤光器产生的光谱,同时也展示了295-400 nm之间紫外线短波段的一些光谱的放大图。 
  日光过滤器通常被用来模拟户外曝光。 
  窗玻璃过滤器被设计用来测试室内光稳定性,这种过滤器产生的光谱与透过玻璃的太阳光光谱非常相似。 
  某些测试标准要求一种光谱包含短波紫外线,比太阳短波截止点(295 nm)还短的波长,Q/B过滤器提供这种光谱。尽管这种过滤器提供超出实际值的紫外线短波段,但它们往往提供更快的测试结果。 
       
       
       

  2. 光源稳定性
  在氙弧灯测试系统内,辐照度控制非常重要,考察一盏新氙灯和一盏用过 1 000 h 的旧氙灯光谱的区别,结果发现,光谱能量分布不但在光源的长波长范围随灯的使用时间延长变化显著,而且在短波长的范围内也有明显变化。这种变化引起的原因是氙灯的老化,是它的自身内在特性。 
  典型的氙弧辐射都配备一个辐照度控制系统。这些精确的辐照度控制系统使用户做试验时能选择辐照度量。通过反馈控制系统,辐照度能被连续和自动地监控并精确地得到控制。控制系统通过调节灯管的功率而自动地对因灯管老化或其他原因造成的照度不足进行补偿。 
  对这种变化也可采取多种补救措施。例如提高更换灯管的频度以减轻灯光老化的影响。或者可用传感器控制辐照度。尽管存在因灯老化引起的光谱能量分布变化,氙弧灯仍不失作为耐候性和耐日光照射试验的一种可靠的和反映实际的光源。 
  而太阳光与荧光灯的输出全光谱存在巨大差异。图4-1是夏日中午阳光透过窗户玻璃(普通浮法玻璃)的全光谱与美国Q-panel Lab Products公司生产的Q-Sun氙灯试验箱输出光谱以及采用荧光灯光源的QUV老化箱输出光谱对比。注意纵轴辐射能采用的是W/M2单位,光子能量:E=hγ ,由光子的频率决定,频率高的光子能量大。紫光光波短,携带的能量高。 
     
  (资料来源: 
IS&T’s NIP 18:2002 international conference on Digital Printing Technologies P319-325
“New Test Methods for Evaluating the Humidity-Fastness of Inkjet Prints” By Mark McCormick-Goodhart and Henry Wilhelm, Japan Hardcopy 2005 the annual conference of the imaging Society of Japan,p95-98)

编译:何君勇


注:lp/mm ( Line pairs per millimeter ) 的单位


 
                       喷墨打印照片洇渗现象及测量方法 
   洇渗:染料型喷墨墨水其染料多为磺酸改性或羧酸改性以获得良好的水溶性,避免打印过程中因染料团聚、析出造成的墨头堵塞和打印断线现象,但染料良好的水溶性也给图像保存带来负面作用。当图像接触水蒸气时,墨水中高沸点溶剂、保湿剂、表面活性剂等物质吸附、迁移、挥发水分子,固色效果差的染料分子随之迁移,像素点随之迁移变形而图像发生变化。这种因为潮气引发的线条模糊、图像亮度、浓度和色相改变等性能下降的弊病称之为洇渗(humidity –induced migration)。在洇渗过程中,染料分子持续迁移直到停留在固色力更强的涂层区域。图1-1是猫的喷墨图像在潮湿环境中(45℃ ,80%RH)老化3小时前后的效果对比图。很明显,猫的胡须、皮毛清晰度显著下降,洇渗明显的区域色相、亮度均有相当程度的改变。 
喷墨介质抗洇渗性的评价方法目前较为客观和成熟的方法是wilhelm imaging research建立的LQR法(线条品质保留法line quality retention)。该方法使用类似图1-2的测试色板,该色板由96块特定设置的精度为72dpi或1.42lp/mm(Line pairs per millimeter每毫米线对)的交叉色块组成。将打印好的测试色板置于高温高湿环境(比如30℃ ,80%RH)中老化,观测高温高湿环境下个交叉色块的洇渗情况,通过测量交叉色块的ΔE值,按照公式1-1计算LQR值,从而定量评价图像的洇渗程度。 

大量的实际测试结果表明,该方法所得的LQR值与观察者对洇渗情况的主观等级划分有非常好的一致性:LQR值等于100意味着在16×放大镜下未观察到轻微的洇渗,注意公式1-1中内含当ΔE值有小于2.6时LQR值也是100;LQR=90时,16×放大镜下可观测到轻微的洇渗;LQR=80时,16×放大镜下有明显的洇渗但人眼裸视时勉强可见;LQR=70时,人眼裸视下可观测到轻微的洇渗;LQR=60时,人眼裸视下可观测到明显的洇渗。显然,LQR数值可定量评价洇渗情况,比主观等级划分更准确,并可避免不同观测者的主观判断差异。注意由于洇渗程度与色块组成,墨水组分,打印墨量,打印驱动设置等因素密切相关,因此各交叉色块潮湿老化后的ΔE值不同,对应的LOR值不同,而实际使用中,喷墨图像当然其色相、色密度组成复杂且富于变化的,因此,当评价打印介质的抗洇渗性时,将各交叉色块的LQR值以一套离散值的形式来描述是最客观的,但数据量过于庞大不方便使用,在实际的应用中,通常采用平均值和最差的10%部分的平均值来大体描述打印介质的抗洇渗性。wilhelm imaging research测试了当前不同打印组合的LQR值(表1-1),表明颜料型打印墨-孔隙型介质的组合方案具有最佳的抗洇渗性。显然,颜料以颗粒形式吸附在介质涂层上,涂层中的水分迁移、挥发不足以“推动”颜料颗粒发生迁移,因此采用颜料型打印墨-可吸附颜料墨介质的方案具有最佳的抗洇渗性。


(资料来源: 
IS&T’s NIP 18:2002 international conference on Digital Printing Technologies P319-325
“New Test Methods for Evaluating the Humidity-Fastness of Inkjet Prints” By Mark McCormick-Goodhart and Henry Wilhelm, Japan Hardcopy 2005 the annual conference of the imaging Society of Ja pan,p95-98)

编译:何君勇

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