在对标准光源或照明光源的性能指标进行分析时,经常会涉及到几个概念,它们分别是:光源色温、相关色温和分布温度。特别是对光源色温和分布温度,许多人总是搞不清楚,不知道它们之间存在怎样的区别。本文对光源色温及其与光源分布温度的区别做了介绍。
光源色温和相关色温的含义:
如果一个光源发射光的颜色(即光源色)与某一温度下的黑体发射光的颜色(即色品)相同,那么,此时黑体的绝对温度值就叫做该光源的颜色温度(简称色温)。黑体发射光的相对光谱功率分布由普朗克定律给出:
式中T为黑体的绝对温度;λ为波长;C1为第一辐射常数,C1=3.7417749x10-16w·m2;C2为第二辐射常数,C2=1.4388x10-2m·K。
当光源发射光的颜色和黑体不相同时,我们用“相关色温”的概念来描述光源的颜色。相关色温的定义是:在某一确定的均匀色度图中,如果一个光源与某一温度下的黑体具有最接近的色品,此时黑体的绝对温度值就叫做光源的相关色温。
当表示光源的光源色坐标点落在黑体轨迹上时,说明该光源的光源色与某一温度下的黑体的光源色相同。计算出的就是光源的色温值。反之,当表示光源的光源色坐标点落在黑体轨迹以外时,计算出的就是光源的相关色温值。并且,当表示光源的色坐标点在色度图中偏离黑体轨迹越远,相关色温的概念越弱。
从上述概念中,可以看出当光源发射光的颜色和黑体不同时,色温的概念被扩大到更一般的“相关色温”的概念。在色温和相关色温的定义中,必须是对标准的色觉观察者而言。因为不同的色觉观察者。特别是具有色觉缺陷的观察者在评价时,将可能收到不同的结果。在相关色温的定义中、必须规定出一个最合适的,为大家所公认的均匀色度图。对同一光源,由依据的均匀色度图的不同,所求出的相关色温也不同。现规定用CIE1960UCS色度图。在上述定义中,都包括了人眼的色觉特性,因此,色温和相关色温实际上是一个心理物理量。
光源分布温度的含义:
分布温度的定义:在某一波长范围内[λ1,λ2],如果一个光源发出的辐射与某一温度下的黑体有最接近的相对光谱功率分布,那么,此时黑体的绝对温度就叫做该光源在该波长范围内的分布温度。分布温度的数学表达式为:
其中E(λ)是被测光源的相对光谱辐射功率分布;P(λ,T)是黑体的光谱辐射功率分布;α是一个调整常数。选取适当的α、T值,使得上式的积分值最小,此时的T即为所求的被测光源的分布温度值。
光源色温和光源分布温度的区别:
光源的色温和分布温度实际上是两个完全不同的概念。对于分布温度,不仅在可见光区,而对红外区,紫外区也可能有意义,对色温则只在可见光区有意义。
光源的分布温度在相当程度上表征了光源的相对光谱辐射功率分布,而相关色温与光源的相对光谱辐射功率分布的相关性较之分布温度要小得多。分布温度不涉及人的任何生理特性,是一个纯粹的物理量。而相关色温的定义中包括了人眼的视觉特性,是相对于标准色觉观察者而言的。
一般地讲,光源的色温和可见光区的分布温度在数值上是不同的,下文列出了几种典型光源的相关色温和分布温度值:
钨带灯:相关色温2060K;分布温度2055K;
螺旋钨丝灯:相关色温2032K;分布温度2030K;
碘钨灯:相关色温3048K;分布温度3089K;
B光源:相关色温4874K;分布温度4651K;
C光源:相关色温6774K;分布温度6215K;
D65昼光:相关色温6504K;分布温度6205K;
E光源:相关色温5455K;分布温度5512K;
氙弧:相关色温5689K;分布温度5493K;
碳弧:相关色温6344K;分布温度6512K。
从上可以看出,CIE标准光源B,C,E,D65、氙弧,碳弧等,它们的相关色温和分布温度值有相当大的区别、这是因为它们的相对光谱能量分布与黑体的有较大的差异。然而象白炽钨丝灯这样一类的光源,由于它的相对光谱能量分布与黑体的相差很小,因而它的相关色温值与可见区的分布温度相差也很小(碳,钨灯除外),一般差别在2——5K左右。事实上,由于光谱能量分布测量误差的存在,要区分这个差别也是没有意义的。
光源色温的计算方法:
色温是描述光源或发光体特性的一个基本参数。光源的色温定义为光源辐射颜色相同时的黑体温度。但实际光源的光谱功率分布不可能与黑体完全一致,这就延伸出了相关色温的概念。在CIE1960UCS 图中,与光源色坐标最靠近的黑体色坐标点所对应的黑体温度称为该光源的相关色温。
计算相关色温的方法一般有:逐点法、内插法、曲线拟合法和等间隔法等。这些方法各有其优点和不足,因此需要根据实际情况选择合适的方法进行计算。其中,逐点法就是在UV色品空间里某一颜色点(坐标为u、v)到黑体轨迹线上所有点的距离进行逐点比较,取距离最小的黑体点对应的色温作为该颜色的对应色温,也就是相关色温。