隐形眼镜中显色指数的测定及色觉影响分析和评价

杨丽萍 刘珍珍 刘婉君 广东省医疗器械质量监督检验所 （佛山 528137）

隐形眼镜中显色指数的测定及色觉影响分析和评价

杨丽萍 刘珍珍 刘婉君 广东省医疗器械质量监督检验所 （佛山 528137）

显色指数是用于隐形眼镜色觉影响分析评价的参数，其测定和计算过程极为复杂和繁琐。隐形眼镜检测标准GB 11417.5-2012中并未给出其详细的计算过程，也未有相关的文献进行报道。本文将详细介绍隐形眼镜显色指数的计算过程，并且测定和比较不同产品的显色指数，对隐形眼镜产品色觉影响进行分析和评价。

隐形眼镜 显色指数 色觉影响分析和评价

0.前言

色觉影响分析是用于评价隐形眼镜透光性能的一个重要参数, GB 11417.3-2012[1]新增加了该项目。其主要方法是采用符合普朗克黑体辐射的照明体和CIE照明体D的光谱，透过接触镜后的显色指数降低量分析方法，并结合实际进行评价，因此色觉分析评价最关键乃显色指数的计算。

在GB/T 11417.5-2012[2]中简单介绍了接触镜显色指数测定，其主要原理是采用8个标准检验色样的比较方法，来衡量参考照明体光谱透过接触镜后的辐射与直接辐射检验色样的色差。该标准在介绍该方法时，过程简单，需参考GB/T 5702-2003[3]完成计算，而且GB/T 5702也需要借助其他的标准以及参考数据来完成，有些变量还需要迁移，其中有很多难点比如色刺激函数的计算、色适应色品位移的修正以及Yk,i的求解等，让很多初步接触隐形眼镜的技术人员束手无策。

本文通过查阅资料，研究各个参考标准，解读标准GB/T 11417.5-2012中各计算公式，并整理出详细的计算过程。同时，测试并对比各种软性接触镜的显色指数，希望有助于隐形眼镜生产企业和检验机构实现显色指数的测定和色觉影响的分析评价。

1.试验部分

1.1 实验仪器

UV-2550紫外分光光度计（带积分球，日本岛津）。

1.2 试验步骤

（1）测试前，软性接触镜浸入20℃±0.5℃的标准盐溶液中平衡至少30min；

（2）由紫外分光光度计（带积分球）测定隐形眼镜在380～780nm段光谱透过率τ(λ)。

1.3 试验结果

从图1可知隐形眼镜在380～780nm段每一点的光谱透过率τ(λ)，计算时选取Δλ为5nm的光谱透过率值,以用于后面计算光透过率和显色指数。

图1. 隐形眼镜光谱透过率

2.显色指数的计算

特殊显色指数的计算是基于与1964均匀色空间中的色差矢量长度的比较，即色偏移的量[4]，具体分为以下两步计算；

（a）计算标准照明体A作模拟光源输入，经镜片后输出光谱的CIE1931xy色品坐标xk,yk，计算公式为[3]：

式中：

SX(λ)——参考照明体X的相对光谱辐射度；

（b）色品坐标为xk,yk的光谱设为待测光源，分别按照GB/T 5702方法计算该标准中规定的i=1～8检验色样的特殊显色指数R1～R8。此步最为复杂，细分为以下5步：

一、yk,i，yr,i和xk,i，yk,i的计算

公式（1）、（2）可以转变为以下两式[6]：

式中：

φX(λ)——参考照明体X的色刺激函数；

由公式（7）、（8）知，1～8号检验色样在参考光源和待测光源照明体的CIE1931xy色品坐标xr,i，yr,i和xk,i，yk,i的计算，关键在于计算对应光源的色刺激函φr,i(λ)、φk,i(λ)。蒋毅平等人[7,8]的计算方法中便无此计算的相关介绍。隐形眼镜显色指数计算亦不同于其他光源，计算φr,i(λ)时，检验色样为反射物体，根据GB/T 3977 6.3.2.1，φr,i(λ)=Ri(λ)Sr(λ)，Ri(λ)为物体的光谱辐亮度因数，可查询GB/T 5702表2，SA(λ)可查询GB/T 3978。计算φk,i(λ)时，φk,i(λ)=Ri(λ)Sk(λ)，Sk(λ)=Sr(λ)τ(λ)，同法查询各数据，即可求得φk,i(λ)。

二、1931xy色品坐标转换为1960UCS色品坐标

将两光源下的色品坐标yk,i、yr,i及xk,i、yk,i，转换成1960ur,i、vr,i及uk,i、vk,i坐标，计算公式见（3）和（4）。

三、待测光源的色适应色品位移修正

由于在待测光源和参考光源照明条件下色适应的状态不同，需要对待测光源做色适应色品位移的修正。由式（7）和式（8），计算色适应色品位移修正值ck,i、dk,i，由(9）、(10)以及步骤a)中数据，求出修正后的1960色坐标u′k,i、v′k,i，做色适应品位修正后，被测光源移动至参考光源，u′k=ur，v′k=vr[5]，GB/T 5702中未做此解释，导致此步计算较难。

四、将u、v、Y转换成U*、V*、W*均匀色空间坐标值

U*、V*、W*的计算详见（11）、（12）、（13）式，此处关键是计算检验色样在参考光源和待测光源的CIE 1931 XYZ三刺激Yr,i、Yk,i，GB/T 5702亦未介绍其求解过程。根据GB/T 26180，三刺激值Yr,i、Yk,i必须归一化，使Yk=Yr=100,可由（14）式求归一化系数，由（15）式即可求Yr,i、Yk,i，从而求出各均匀色空间坐标值。

做色适应品位修正后，U′k=Uk，V′k=Vk

五、一般显色指数的计算

由（16）（17）式求出1-8号检验色样在参考光源和待测光源下的色差ΔEi，及各检验色样的特殊显色指数Ri，1～8号检验色样特殊显色指数的算术平均值即为一般显色指数Ra。

以上是以标准照明体A为例进行显色指数的计算方法，照明体D50以及照明体D75步骤类似，只是照明体的相对光谱功率分布SX(λ)发生变化。其中参考光源的相关结果只和其相对光谱功率分布有关，并不会因隐形眼镜不同而发生变化，因此每次试验只需计算待测光源的相关参数。

3.色觉影响分析和评价

色觉影响分析采用显色指数进行评价，在GB 11417.3中要求“光学区着色接触镜应进行戴镜后色觉是否满足日常应用的分析和评价”，此要求涉及到两个问题：

（1）光学区着色接触镜包括哪些。光学区即镜片基弧所及的范围，即有屈光力的镜片区域。本文作者也咨询过该标准的制定人员，即中心区着色的接触镜都需要进行检测，多指单一着色的透明镜片，而非此前很多企业理解的彩色镜片。

（2）显色指数达到多少，才能满足日常应用。光源的显色指数是待测光源与参考光源下物体颜色相符程度的量度[9]，对于隐形眼镜，则是评价参考光源透过镜片后的辐射光(待测光源)，与不经过镜片的参考光源下物体颜色相符的程度，显色指数越高，则证明对颜色的还原性越好[10]，镜片对色觉的影响越小。但显色指数达到多少，才能满足日常应用，这点在国标中并未给出相应的技术指标。显色指数是由色差计算得到，色差ΔEi=1时称为1个NBS(美国国家标准局的缩写)，NBS与人眼感觉色差的程度详见表1[11]，由表1可知，当显色指数低于93时，当人眼感觉色差程度达到“可察觉”时，色差正好达到人眼的视觉阈限。

在日常检测过程中发现，大部分光学区着色隐形眼镜显色指数可达95以上，表2是一些隐形眼镜产品的显色指数测试值，企业可以根据自己的产品及以上人眼感觉色差程度的分析来设定各隐形眼镜的显色指数。

表1. 人眼感觉色差程度与显色指数

表2. 各隐形眼镜的显色指数

4.结论

以上可看出，显色指数的计算过程繁琐，涉及较多的变量和公式，也运用多个相关的国家标准，本文整合和细化计算过程，通过查阅文献及试验确定显色指数阈值，有助于产品上市检测制定标准。

[1] GB/T 11417.3-2012《眼科光学 接触镜 第3部分 软性接触镜》

[2] GB/T 11417.5-2012《眼科光学 接触镜 第5部分 光学性能试验方法》

[3] 中华人民共和国标准 GB/T 5702-2003《光源显色性评价方法》.

[4] 中华人民共和国标准 GB/T 26180-2010《光源显色性的表示和测量方法》.

[5] 中华人民共和国标准 GB/T 3978-2008《标准照明体和几何条件》.

[6] 中华人民共和国标准 GB/T 3977-2008《颜色的表示方法》.

[7] 蒋毅平. 显色指数的原理和基本计算.

[8] 熊利民, 霍超, 陈为群. 光源颜色特性的测量和计算方法.计量技术,2005,4：24.

[9] 刘义成. 光源的显色性与显色指数, 电子器件, 2000,23(1)：46

[10] 谭力,刘玉玲,余飞鸿. 光源显色性的计算方法,2004, 26(4)：42.

[11] 于丽杰,李德胜,王跃宗. 基于可视色差与区域生长的彩色图像分割. 微计算机信息，2010,26(4-1)：13.

Method for the Computing of Color-rendering Index of Contact Lens and Evaluation on Color Vision Infuence

YANG Li-ping LIU Zhen-zhen LIU Wan-jun Guangdong Medical Devices Quality Surveillance and Test Sanshui Center (Foshan 528137)

Color-rendering index is the parameter using for evaluating the color vision infuence of contact lens. The process of computing of color-rendering index of contact lens is very complicated. The detailed computing process wasn’t given in GB 11417.5-2012 and reported in relative literatures. It will be introduced in detail in this article. The color-rendering index of different contact lens were determined and compared, so to help to evaluation on color vision infuence of contact lens.

contact lens, color-rendering index, evaluation on color vision infuence

1006-6586(2016)11-0074-04

TH786

A

2016-09-12

杨丽萍，硕士，医疗器械工程师，主要从事隐形眼镜检测。