多通道颜色测量系统多色分光仪

分光仪完成对被测物体的光谱信息提取并使光谱信息在分光仪象面上按波长大小有序排列.多色分光仪象面上是色散后被测物体的全部光谱信息,安装在多色仪象面上的多元探测器阵列同时接收到被物体的全部光谱信息,多元探测器阵列转换出的多路平行电信号,在电时钟脉冲信号的控制下,分时串行送入电系统和计算机数据处理系统进行处理.这是一个电扫描过程,扫描速度非常快.在同样的后继系统处理时间下,多色分光仪构成多通道系统要比单色分光仪构成单通道系统的测量速度快,而且还解决了颜色的实时和在线检测问题,其中的关键就是多色分光仪.最简单的多色分光仪是平场凹面光栅多色分光仪,由于国内还无合适平场凹面光栅,因而仍选用普通的平面光栅,采用非对称C-T结构来构成多色分光仪.由于准直和成象物镜均为凹面反射镜,不存在色差的问题.(如Macbeth MS-2000快速分光测色仪,准直和成象物镜为透镜,就要求透镜较好地校正色差.)

1　多色分光仪的特性

1.1　色散均匀性

　　由于多通道接收器为规则排列,故要求多色分光仪的波长与线色散应成线性关系,但实际上波长与色散的关系是由光栅方程来决定的[1]

式中:θ为衍射角;λ为光波长;d为光栅常数;m为衍射级次.

　　当衍射角较小时,衍射角与光波长近似成线性关系,但是如果衍射角较大,衍射角与光波长的非线性将加剧,必须采取措施来进行解决.

1.2　波长精度和重复性

　　波长和谱线强度是颜色测量的基础,波长精度将直接影响系统的测量精度.对于单通道系统来说,波长精度和重复性是由机械扫描机构来保证的,因而受到制造、震动、磨损的影响.多色仪系统不需要波长扫描机构,波长精度完全由光栅方程和多通道接收器的几何精度来决定.波长定标后,就不存在重复性问题.这正是多色分光仪系统的优点.

1.3　分辨力

　　多通道探测器对光谱的接收是一个抽样过程,设探测器相邻两个通道的距离为ΔD,则可得出系统最小分辨间隔Δλ为

1.4　象差容限

　　多色仪象面上谱线的能量分布E是狭缝的几何象E1与象差弥散斑E2的卷积

　　　　　　　　　E=E1·E2(5)

　　狭缝几何象E1为矩形分布,对于象差校正良好的系统,E2对称且能量集中.设E1的几何宽度为Δ1,E2的大部分能量集中在Δ2的范围内,则应该有

　　　　　　　　　Δ1+Δ2≤ΔP(6)

式中:ΔP为多色分光系统光谱带宽所对应的几何宽度.

2　平面光栅问题[1]

2.1　光栅光谱叠级

　　系统的测量光谱范围为380 nm～780 nm.从光栅方程可知380 nm～390 nm的二级光谱与760 nm～780 nm的一级光谱叠级,这需要采取相应的措施,如在长波方向镀短波截止膜等.