光源常用光品質參數（一）：色品坐標、色溫和色偏差值

文章來源:恒光電器

發布時間:2016-06-18

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今年的光亞展上，品牌企業更加關注光的品質和設計，更加關注顯色指數CRI、R9、色彩逼真度Rf、色彩飽和度Rg等上的提升。那么，今天就來講講常見的光品質參數。

光品質參數是衡量光源好壞極為重要的指標，常見的光品質參數有色溫、顯色指數、照度、眩光指數、光型控制、照明均勻性、光亮度等，以后的幾篇文章就分別介紹下基于光譜功率分布（SPD）得到的各光品質參數，使大家對光源有更進一步的理解。今天介紹的是色品坐標、色溫和色偏差值。

黑體輻射

提到光源，恒光電器,照亮您的生活，就不得不介紹黑體輻射，上一期也有所提到。黑體又稱為普朗克輻射體，屬于熱輻射，能完全吸收任意波長的入射輻射，并且具有最大發射率的物體稱為絕對黑體，黑體輻射的光譜分布完全取決于它的溫度，產業資訊，其光譜輻射出射度見下列公式和圖。只要溫度一定，黑體的光譜分布就可以計算出來。由下圖可知，①在溫度下，黑體的輻射出射度存在一個最大值，且此最大值隨溫度往短波方向移動，而短波的顏色為藍色，故其光色偏藍、偏冷；②在任一波長處，高溫黑體輻射亮度絕對大于低溫黑體譜輻射亮度，不論這個波長是否是光譜最大輻射亮度處。黑體在輻射度學、光度學和色度學中具有十分重要的意義。在光輻射測量中，常用黑體作為原始標準來標定其他的輻射體，以用作測量標準，如國際照明委員會（CIE）規定的以色溫為2856K的鎢絲白熾燈，技術資訊，即標準光源A。  

  

其中，c1=2×π×h×c2=3.74183×10-16W/m2，商業照明燈具，商業照明燈具，c2=h×c/k=1.4388×10-2mK，恒光，λ為波長，T為黑體絕對溫度（單位K，T=t+273），c為光速，h為普朗克嘗試，K為玻爾茲曼常數。

0.1-100μm黑體光譜輻射出射度

380-780nm可見光范圍內黑體光譜輻射出射度

色品坐標

色品坐標xy表示一個光源的色光，其計算公式如下    

其中，k為歸一化系數使得最終計算的Y值為100；P(λ)為光源的SPD，可通過相關的測量設備可得；x(λ)、y(λ)、z(λ)為CIE標準色度觀察者色匹配曲線（Color Matching Function, CMF），分為2°與10°視場，其為標準化數據，具體數值可參閱參考文獻。熟悉X-Rite公司的朋友應該對三條曲線很熟悉，車間照明，家用照明，因為其就是原先美國X-Rite公司的logo。由于CIExy色品圖是不均勻的，即CIExy圖上不同區域內的相同色距離不表示相同的色光差異。為改進CIE xy色品圖的不均勻性，1960年CIE正式推薦了CIE1960均勻色品標尺圖（Uniform Color Space,UCS），即uv色品圖，計算公式如下；

為進一步改善色品圖的均勻性，CIE于1976年又發布了1976UCS圖，即u’v’圖，計算如下：

CIE標準色度觀察者色匹配曲線

X-Rite logo

將所有黑體每個色溫下的色品坐標連接成線即為黑體軌跡（Blackbody Locus），其可以在CIE xy、CIE uv或CIE u’v’色品圖上，見下圖。

CIE xy色品圖中的黑體輻射軌跡

色溫和色偏差

當光源在溫度T時所呈現的顏色與黑體在某一溫度Tc時的顏色相同時，則將黑體的溫度Tc稱為該光源的顏色溫度，即色溫。對于白熾燈等熱輻射源而言，由于其光譜功率分布為連續譜，且與黑體比較接近，所以它們的色品坐標點基本位于黑體軌跡上，色溫的概念能夠很好地描述白熾燈的光色。對于其他光源如熒光燈，其光譜功率分布與黑體相差較遠，照明產品，其色品坐標不一定落在黑體溫度軌跡線上，這時需要采用相關色溫（Correlated ColorTemperature, CCT）來表征光源的色光特性，其定義為當光源的顏色與黑體在某一溫度下的顏色最接近時，即色品圖上兩者的距離最小時，就用該黑體的溫度表示該光源的色溫；該最小距離定義為色偏差Duv，‘+’表示該光源顏色在色度圖上位置處于黑體軌跡上方，即偏黃綠，‘-’表示光源顏色在色度圖上位置處于黑體軌跡下方，即偏紫紅。ANSIC78.377-2008，Specifications for the Chromaticity ofSolid State Lighting Products標準關于LED光源色溫的定義，以及很多LED datasheet中的分bin的意義也在于此。

CIE uv色品圖中的等色溫線

ANSI C78.377-2008標準在CIE xy色品圖中的名義色溫定義

若同一個相關色溫的不同光源，其Duv差異較大，則對應的光源色光差異也較大，LED筒燈，見下圖。

3500K  Duv=0

3500K  Duv=0.02 

3500K  Duv=-0.02

日常常用光源色溫

日常生活中常見的光源色溫見下圖， led服裝照明，燭光1800-2000K，偏紅偏暖；白熾燈大致為2800K，偏黃；日落或日出時的日光為3000K；中午晴空的日光大致為5500K；藍天的天空為7500K等。

下面給出幾組常見光源的SPD、色溫、Duv和色品坐標參數，行業資訊，超市照明，希望大家有個概念 

日光-色溫5988K,xy(0.3221,0.3345),Duv(0.0014)

辦公室照明-色溫6145K, xy(0.3188,0.3367),Duv(0.0041)

商場照明-色溫2942K, xy(0.4430,0.4094),Duv(0.0013)

商場照明-色溫5754K, xy(0.3261,0.3631),Duv(0.0136)