分光系统是分光测色仪的重要组成部分,其主要由准直系统和色散系统组成。分光测色仪中色散系统的功能由单色器完成,单色器的功能是输出不同波长单色光的装置,单色器是分光测色仪器中最主要的部分。本文对分光测色仪色散系统的类型及作用做了介绍。
分光测色仪的工作原理:
分光测色仪的基本组成可分为光源和照明系统、准直系统、色散系统、成像系统以及接收、检测显示系统5部分,其中准直系统和色散系统可以统称为分光系统。分光测色仪的工作原理如上图所示。光源发出的光照射在被测物体上,经过被测物体表面反射的光在积分球内壁多次反射后射向人射狭缝,该光包含有物质光谱信息。照明系统(在此指积分球)是把从被测物体表面反射的光能量传递给准直系统。准直系统一般由人射狭缝和准直物镜组成,由狭缝处发出的光束经过准直系统后变成平行光射向色散系统。色散系统利用色散元件把入射的平行光分成单色光。成像系统作用是将空间上分散开的各波长单色光会聚在成像镜的焦面上,形成一系列按波长排列的狭缝的单色像。接收系统与显示系统将焦面上的光谱能量接收,经过数据处理后以数据的形式输出颜色测量结果。
分光测色仪色散系统的类型:
分光测色仪中色散系统的功能由单色器完成,单色器的功能是输出不同波长单色光的装置。单色器是分光测色仪器中最主要的部分。根据单色器中色散元件的不同大致有以下几类:
1.棱镜或光栅分光的单色器
是较高级的分光测色仪器中最常见的一种。它利用棱镜或光栅将光源能量色散成波长的函数,不同波长的单色光依次在空间排列成光谱带。如光栅单色器转动色散元件,并利用其机械传动正弦机构或正切机构和其它光学零件使单色光等间隔地落到单色器的出射狭缝处,并利用出射狭缝的宽度来控制单色光的带宽。为了得到更纯的单色光并减少仪器内的杂散光,有时一级单色器还不能满足要求,常将第一级单色器输出的单色光作为光源输入第二级单色器,再进行一次色散,这样组合在一起使用的单色器叫做双联单色器。一级单色器的杂散光只达到0.1%左右,而有些双联单色器杂散光可低于0.0001%。
2.滤光片分光的单色器
棱镜或光栅单色器结构比较复杂,制造精度高,价格贵。由于相当多的颜色样品具有比较平缓的光谱透射比或反射比曲线,因此可以在整个波长范围内均匀选择一些离散点来进行测量。这样对单色器的要求可简化,只需在有限个波长上提供一定带宽的单色光即可。由于近年来光学薄膜技术的发展,已经可以制造出中心波长不同的各种窄带干涉滤光片,中心波长的准确度约2nm,通常将一组带宽为10nm~30nm不同的滤光片装在可转动的圆盘上使用。近年来,还发展了一种可变波长的干涉滤光片,其直径为150nm的圆形峰值波长可变干涉滤光片,峰值波长可变范围400nm~1100nm,峰值波长沿圆形基底的不同角度呈线性变化。可变波长滤光片与窄带滤光片相比,具有可任意改变采样波长,增减采样密度和选择不同带宽的优点,但中心波长准确度和透光率较低。
3.可调谐激光器单色器
激光具有单色性好,能量高等优点,近年来由于染料激光器等可调谐激光器的发展,已能做到在一定波段范围内获得波长连续可调、单色性很好的强激光光束。这就为测色工作提供了一种新型的高性能单色器。
分光测色仪色散系统的作用:
分光测色仪色散系统的作用主要是将复色光分解为单色光,并对不同波长的光进行分离和测量,具体如下:
1.对混合光光谱进行分解
能把光源发出的包含各种波长的混合光,按照波长的不同在空间上展开,形成按波长顺序排列的光谱。这样可以使仪器分别对不同波长的光进行分析和测量,从而获取物体在各个波长下的反射率、透射率等光学特性。通过色散系统,可将样品表面反射的复合光,分解成不同类型的单色光,进而精确测量物体对不同颜色光的吸收和反射情况。
2.为精确测量颜色提供基础
颜色是由不同波长的光混合而成的,通过色散系统将光分解后,仪器可以准确测量出每种波长光的强度,进而根据这些数据计算出物体的颜色参数,如CIELab值、RGB值等。这使得分光测色仪能够对颜色进行高精度的量化和分析,无论是在工业生产中的颜色质量控制,还是在科研领域对颜色特性的研究,都具有重要意义。
3.消除不同波长光源干扰
可以减少不同波长光之间的相互干扰。在没有色散系统的情况下,不同波长的光混合在一起,会导致测量结果不准确。色散系统将不同波长的光分开,使得仪器能够单独测量每个波长的光信号,避免了其他波长光的干扰,提高了测量的准确性和可靠性。