密度計的使用與技術要點
發布時間：2024-03-30 點擊：128
一、密度計應滿足的技術條件
根據前述內容可知，密度計的測量結果眼下列特性有關：
①光源的輻射函數（相對輻射分布）s（λ）；
②傳感器的相對光譜靈敏度s（λ）r；
③濾光片的光譜透射率τ（λ）；
④測量的幾何條件和測量塊的大小；
⑤讀數的精確性和顯示的線性；
⑥被測樣本的光譜反射參數；
⑦定標板的光譜反射參數。
看來，影響因素是比較多的，不同密度計之間出現差異是難免的，為了使密度計能夠得到相對可比較的結果，應該使它滿足以下條件（參考圖1－7）：
（圖1－7）
1－光源 2－透鏡組 3－偏振濾光片 4－彩色濾光片 5－被測樣本
6－透鏡組 7－偏振濾光片 8－傳感器 9－電子線路 10－顯示器
1.測量的幾何條件。色密度測量采用45°/0°的測量幾何條件（即光束與被測平面之間的關系是以45°角投射，在垂直于被測面的45°方向觀察），或用0°/45°的幾何條件（即垂直投射，45°觀察）。這樣的幾何條件比其它方式優越，因為從印刷品第一表面反射的光，實際上不會從測量方向上射出，傳感器接受不到這部分光，被測樣本的第一表面反射越強，密度計的密度測量值越高。
測量表面帶紋理的印刷品時，應采用45°/0°幾何條件和環狀照明，也可以采用0°/45°幾何條件而把反射環加在接受側（圖1－8）。測量孔徑角盡可能在±5°，不得大于±5°。
（圖1－8）
2．照明樣本的光源。投射光源的相對光譜分布應當符合標準光源a的要求，即2856±100k，配套的光學組件及紅外吸收濾光片的光譜透射率應符合要求。
3．傳感器。可以利用對380～720um范圍內的光輻射具有足夠靈敏度的光電傳感元件作輻射接受器。在可見光譜的短波端，光源和光電傳感元件的光譜靈敏度在400um以下都呈急劇下降的趨勢。但在可見光譜的近紅外部位（大于720um），硅傳感元件表現出相當大的靈敏性（圖1－9），必須用紅外吸收濾光片排除。在使用特殊種類的濾光片時，若該濾光片本身已具有較好的紅外抑制作用，則不需要附加紅外抑制濾光片。為了檢查在近紅外部位的紅外輻射是否已適當加以抑制，可先在定標板上調節好儀器，然后插上紅外抑制濾光片，若測量值高于原測量范圍到1．0密度單位，則說明所用傳感器對近紅外部位的輻射具有不可忽視的靈敏性。密度計采用的光電傳感元件主要有：光電池。光電倍增管、半導體二極管等。光電二極管與光電倍增管相比體積大大縮小，電源電壓也很低，所以光學系統可以設計得很小，成為目前最常用的傳感器。
（圖1－9）
4．測量濾光片。為了對印刷中所使用的標準黃、品紅、青油墨本身的特性和其印刷呈色進行評價，測量濾光片應是與黃、品紅、青油墨相對應的補色濾光片，即紅、綠、藍紫濾光片。三個濾光片的光譜通帶應當與標準油墨黃、品紅、青的主吸收帶的范圍接近。測量濾光片的最大通頻位置按波長規定如下：
對于基本黃墨來說用藍濾光片，λ＝430nm；
對于基本品紅墨來說用綠濾光片，λ＝530um；
對于基本青墨來說用紅濾光片，λ=620um；
通帶最大值的位置誤差為±5nm。
測量濾光片的光譜特性取決于通帶范圍（半峰值與全峰值寬度）。在色密度測量時，密度計光路上有效光譜靈敏度〔它等于傳感器的相對光譜靈敏度s（λ）r和測量濾光片的透射率，（λ）的積〕與光源相對光譜分布函數s（λ）的積應該是符合標準的，其中光源的光譜輻射是標準的。根據目前的技術條件，光傳感器的光譜靈敏度還達不到對各種密度測量都普遍有效，所以必須根據測量的需要確定濾光片的特性。根據濾光片的通帶范圍，色密度測量用的濾光片分寬帶和窄帶兩類，前者多用于制版及印刷工藝中使用的密度計，后者多用在調節測量用的密度計中。這些濾光片均不能作分色制版用。
在對非彩色印刷品進行視覺色密度測量時，濾色片的作用與彩色濾光片的作用與彩色密度測量時相反，它的濾光要達到在整個可見光譜范圍內與人眼的光譜亮度靈敏度v（λ）接近。濾光片是插在照明光路中還是插在測量光路中對于具有光澤的被測樣本來說會導致測量結果的差異，這是照明光源的紫外線成分造成的，但紫外線成分一般是很少的，可以忽略不計。[next]
二、密度計常用濾光片的特性及應用
通過改變密度計測量光路上的濾光片可以改變密度計彩色響應的靈敏度。
在密度計的光路上可以不用濾光片，在這種情況下，在視覺光譜的藍區，靈敏度比人眼睛的靈敏度要高，實際上眼睛的亮度函數或視覺響應是綠區（大約560nm）的靈敏度稍高。
采用視覺濾光片使密度計得以模擬人眼的視覺響應，即讓濾光片的光譜透射率跟傳感器的光譜相對靈敏度的共同效應等于人眼的光譜亮度靈敏度v（λ）。雷登106號濾光片就是一個視覺濾光片，其顏色稍黃。
為了檢查密度計進行視覺密度測量的正確性，可以用密度計測量一個標準灰梯尺，灰梯尺上標有各梯級的正確密度值，以便與密度計的測量值比較。也可以在a光源下邊用色度方法測量任意的非彩色樣本的亮度參考值y，然后將y值除以100，求此商值倒數的對數值，此值應與密度計在該樣本上測量的密度值近似。
采用紅、綠、藍光片測得的色密度與人眼沒有相同的靈敏度，用它測得的色彩不像視覺看到的色彩，濾光片改變了通過鏡片到達光電池的光譜成分，所以它只測量了部分視覺光譜，但借助于測量通過濾光片的光量可以求得印刷面上某種顏料的相對量。例如：一個藍濾光片用于測量被黃墨吸收的藍光量，一個綠濾光片用于測量被品紅墨吸收的綠光量等，用這樣的方法，密度計可以作為確保每一種彩色油墨在印刷過程中保持常量的控制工具。
通過濾光片的密度讀數可以指示某種油墨的相對量，但不能指示某種油墨的色相，密度計不是色度計，但同時使用三個濾光片的讀數，可以近似地指示色相。
濾光片的性質跟標準油墨的性質是相關聯的，例如測量三原色油墨的濾光片應該具有表1-1所列的性質。
表1－1 相對應的原色 濾光片 波峰位置（mm） 通頻帶范圍（nm） 半值寬度 全值寬度 黃 藍 430 40 80 品紅 綠 536 60 100 青 紅 624 50（利用紅外吸收濾光片） 100（利用紅外吸收濾光片）
對于用標準油墨印刷的印刷品來說，用表1－1所列的濾光片進行測量得到的色密度只在基本色的最大吸收率方面與窄帶色密度測量相同，如果用其它濾色片測得的色密度值與窄帶測量值之差不多于0．1色密度單位，那么這個密度計不符合標準規定的條件。
如果濾光片的透射率最大值與正確值不符或透光范圍太寬，會導致色密度值減小，特別是用藍濾色片測量黃墨時，影響特別明顯。
由于色密度測量濾光片的通頻帶范圍較寬，如果密度計所用傳感器在光譜靈敏度方面存在差別，就會影響測量結果，這樣，對于同一樣本來說，用不同密度計測量會得出不同的密度值。
印刷工業中作色密度測量的密度計一般采用上表所列的所謂寬帶濾光片。美國的密度計常用雷登25號紅濾光片、雷登50號綠濾光片和雷登47號藍濾光片，但有些密度計測量黃墨時用雷登47b窄帶響應濾光片，它可以比寬帶濾光片給出較高一些的密度讀數。窄帶濾光片對于密度的微小變化增加了敏感性，但也損失了
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根據前述內容可知，密度計的測量結果眼下列特性有關：
①光源的輻射函數（相對輻射分布）s（λ）；
②傳感器的相對光譜靈敏度s（λ）r；
③濾光片的光譜透射率τ（λ）；
④測量的幾何條件和測量塊的大小；
⑤讀數的精確性和顯示的線性；
⑥被測樣本的光譜反射參數；
⑦定標板的光譜反射參數。
看來，影響因素是比較多的，不同密度計之間出現差異是難免的，為了使密度計能夠得到相對可比較的結果，應該使它滿足以下條件（參考圖1－7）：
（圖1－7）
1－光源 2－透鏡組 3－偏振濾光片 4－彩色濾光片 5－被測樣本
6－透鏡組 7－偏振濾光片 8－傳感器 9－電子線路 10－顯示器
1.測量的幾何條件。色密度測量采用45°/0°的測量幾何條件（即光束與被測平面之間的關系是以45°角投射，在垂直于被測面的45°方向觀察），或用0°/45°的幾何條件（即垂直投射，45°觀察）。這樣的幾何條件比其它方式優越，因為從印刷品第一表面反射的光，實際上不會從測量方向上射出，傳感器接受不到這部分光，被測樣本的第一表面反射越強，密度計的密度測量值越高。
測量表面帶紋理的印刷品時，應采用45°/0°幾何條件和環狀照明，也可以采用0°/45°幾何條件而把反射環加在接受側（圖1－8）。測量孔徑角盡可能在±5°，不得大于±5°。
（圖1－8）
2．照明樣本的光源。投射光源的相對光譜分布應當符合標準光源a的要求，即2856±100k，配套的光學組件及紅外吸收濾光片的光譜透射率應符合要求。
3．傳感器。可以利用對380～720um范圍內的光輻射具有足夠靈敏度的光電傳感元件作輻射接受器。在可見光譜的短波端，光源和光電傳感元件的光譜靈敏度在400um以下都呈急劇下降的趨勢。但在可見光譜的近紅外部位（大于720um），硅傳感元件表現出相當大的靈敏性（圖1－9），必須用紅外吸收濾光片排除。在使用特殊種類的濾光片時，若該濾光片本身已具有較好的紅外抑制作用，則不需要附加紅外抑制濾光片。為了檢查在近紅外部位的紅外輻射是否已適當加以抑制，可先在定標板上調節好儀器，然后插上紅外抑制濾光片，若測量值高于原測量范圍到1．0密度單位，則說明所用傳感器對近紅外部位的輻射具有不可忽視的靈敏性。密度計采用的光電傳感元件主要有：光電池。光電倍增管、半導體二極管等。光電二極管與光電倍增管相比體積大大縮小，電源電壓也很低，所以光學系統可以設計得很小，成為目前最常用的傳感器。
（圖1－9）
4．測量濾光片。為了對印刷中所使用的標準黃、品紅、青油墨本身的特性和其印刷呈色進行評價，測量濾光片應是與黃、品紅、青油墨相對應的補色濾光片，即紅、綠、藍紫濾光片。三個濾光片的光譜通帶應當與標準油墨黃、品紅、青的主吸收帶的范圍接近。測量濾光片的最大通頻位置按波長規定如下：
對于基本黃墨來說用藍濾光片，λ＝430nm；
對于基本品紅墨來說用綠濾光片，λ＝530um；
對于基本青墨來說用紅濾光片，λ=620um；
通帶最大值的位置誤差為±5nm。
測量濾光片的光譜特性取決于通帶范圍（半峰值與全峰值寬度）。在色密度測量時，密度計光路上有效光譜靈敏度〔它等于傳感器的相對光譜靈敏度s（λ）r和測量濾光片的透射率，（λ）的積〕與光源相對光譜分布函數s（λ）的積應該是符合標準的，其中光源的光譜輻射是標準的。根據目前的技術條件，光傳感器的光譜靈敏度還達不到對各種密度測量都普遍有效，所以必須根據測量的需要確定濾光片的特性。根據濾光片的通帶范圍，色密度測量用的濾光片分寬帶和窄帶兩類，前者多用于制版及印刷工藝中使用的密度計，后者多用在調節測量用的密度計中。這些濾光片均不能作分色制版用。
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采用視覺濾光片使密度計得以模擬人眼的視覺響應，即讓濾光片的光譜透射率跟傳感器的光譜相對靈敏度的共同效應等于人眼的光譜亮度靈敏度v（λ）。雷登106號濾光片就是一個視覺濾光片，其顏色稍黃。
為了檢查密度計進行視覺密度測量的正確性，可以用密度計測量一個標準灰梯尺，灰梯尺上標有各梯級的正確密度值，以便與密度計的測量值比較。也可以在a光源下邊用色度方法測量任意的非彩色樣本的亮度參考值y，然后將y值除以100，求此商值倒數的對數值，此值應與密度計在該樣本上測量的密度值近似。
采用紅、綠、藍光片測得的色密度與人眼沒有相同的靈敏度，用它測得的色彩不像視覺看到的色彩，濾光片改變了通過鏡片到達光電池的光譜成分，所以它只測量了部分視覺光譜，但借助于測量通過濾光片的光量可以求得印刷面上某種顏料的相對量。例如：一個藍濾光片用于測量被黃墨吸收的藍光量，一個綠濾光片用于測量被品紅墨吸收的綠光量等，用這樣的方法，密度計可以作為確保每一種彩色油墨在印刷過程中保持常量的控制工具。
通過濾光片的密度讀數可以指示某種油墨的相對量，但不能指示某種油墨的色相，密度計不是色度計，但同時使用三個濾光片的讀數，可以近似地指示色相。
濾光片的性質跟標準油墨的性質是相關聯的，例如測量三原色油墨的濾光片應該具有表1-1所列的性質。
表1－1 相對應的原色 濾光片 波峰位置（mm） 通頻帶范圍（nm） 半值寬度 全值寬度 黃 藍 430 40 80 品紅 綠 536 60 100 青 紅 624 50（利用紅外吸收濾光片） 100（利用紅外吸收濾光片）
對于用標準油墨印刷的印刷品來說，用表1－1所列的濾光片進行測量得到的色密度只在基本色的最大吸收率方面與窄帶色密度測量相同，如果用其它濾色片測得的色密度值與窄帶測量值之差不多于0．1色密度單位，那么這個密度計不符合標準規定的條件。
如果濾光片的透射率最大值與正確值不符或透光范圍太寬，會導致色密度值減小，特別是用藍濾色片測量黃墨時，影響特別明顯。
由于色密度測量濾光片的通頻帶范圍較寬，如果密度計所用傳感器在光譜靈敏度方面存在差別，就會影響測量結果，這樣，對于同一樣本來說，用不同密度計測量會得出不同的密度值。
印刷工業中作色密度測量的密度計一般采用上表所列的所謂寬帶濾光片。美國的密度計常用雷登25號紅濾光片、雷登50號綠濾光片和雷登47號藍濾光片，但有些密度計測量黃墨時用雷登47b窄帶響應濾光片，它可以比寬帶濾光片給出較高一些的密度讀數。窄帶濾光片對于密度的微小變化增加了敏感性，但也損失了
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