Admesy Rhea光譜式色度計(jì)系列在透過(guò)率測(cè)試中的應(yīng)用

一．介紹

在這篇文章中，我們將指出Admesy Rhea光譜式色度計(jì)系列可用于半透明材料透過(guò)率測(cè)量的多種靈活方式，以及如何定制它。由于半透明材料測(cè)量的應(yīng)用很多，我們專(zhuān)注于透射測(cè)量的一般原理。一些應(yīng)用領(lǐng)域的例子可以是薄膜、箔、玻璃的測(cè)量，也可以是試管中的液體和熒光測(cè)量。

首先，我們簡(jiǎn)要地討論了這個(gè)過(guò)程，并展示了一些可能的測(cè)試設(shè)置，以測(cè)量透過(guò)率的光學(xué)配置。其次，我們指出如何調(diào)整光源和光譜測(cè)量引擎，以適應(yīng)特定的透過(guò)率測(cè)量應(yīng)用。

二．透過(guò)率的測(cè)量

2.1 測(cè)量程序和設(shè)置

透射測(cè)量程序通常包括兩個(gè)步驟:通過(guò)測(cè)量沒(méi)有物體或材料的參考標(biāo)準(zhǔn)光源來(lái)收集基線和使用物體或材料進(jìn)行測(cè)量。這些測(cè)量之間的偏差決定了給定物體的光譜透過(guò)率特性。本章解釋了透過(guò)率測(cè)量的一般方面。

對(duì)于透射率測(cè)量，需要一個(gè)探測(cè)器和參考標(biāo)準(zhǔn)光源來(lái)測(cè)量物體的透射率。例如，這個(gè)參考光源可以是LED或鹵素光源?？梢允褂酶鞣N光源來(lái)匹配被測(cè)物體的光譜特性:光源應(yīng)在任何時(shí)候發(fā)出被測(cè)物體的整個(gè)所需波長(zhǎng)范圍。在沒(méi)有光發(fā)射的波長(zhǎng)，沒(méi)有光可以透過(guò)率，因此不能從測(cè)量數(shù)據(jù)中得到任何性質(zhì)。

對(duì)于所有半透明的物體，光的一部分被反射，一部分被吸收，一部分被透射。物體的特性決定了這三個(gè)變量在不同波長(zhǎng)下的偏差。由于能量守恒，一個(gè)光源射向一個(gè)物體發(fā)出的總光量等于特定物體的吸收、透射和反射之和(公式1)?？紤]到探測(cè)器只能測(cè)量物體的透射。吸收和反射不能用本應(yīng)用說(shuō)明中描述的設(shè)置和程序來(lái)測(cè)量，只能用公式1從收集的數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出一個(gè)和。

圖1  入射光(1)分為吸收光、透射光和反射光。

公式1

2.2樣本屬性

半透明物體的應(yīng)用可能導(dǎo)致特定的透過(guò)率特性。材料可以將光直接穿過(guò)物體，也可以在物體的另一側(cè)或兩者之間有漫射光分布。圖2和3顯示了彌漫性和非彌漫性材料之間的區(qū)別。當(dāng)考慮正確的測(cè)量幾何時(shí)，這些被測(cè)材料的響應(yīng)特性是很重要的。可選擇使用透鏡發(fā)射和接收光，使用余弦校正器和積分球，以及這些光學(xué)的組合。

對(duì)于高度擴(kuò)散的半透明物體，建議使用積分球。當(dāng)余弦校正器用于測(cè)量高漫射半透明材料時(shí)，光輸出可能相對(duì)較低。根據(jù)整個(gè)設(shè)置的不同，信噪比可能不是優(yōu)的，從而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖2  擴(kuò)散透射響應(yīng)示例:透射光線分布在一個(gè)大角度上?？赡苄枰粋€(gè)積分球來(lái)捕獲所有透射光。

圖3非擴(kuò)散透射響應(yīng)示例:透射的光線不擴(kuò)散擴(kuò)散。對(duì)于這種應(yīng)用，基于余弦校正器的系統(tǒng)可能是有用的。

2.3幾何1:積分球/透鏡

下面的程序顯示了使用光譜儀連接到積分球和帶準(zhǔn)直透鏡的Steropes LED光源的設(shè)置。注意，根據(jù)應(yīng)用的不同，光源可以連接到提供漫射光的積分球。然后將透鏡連接到光譜儀上測(cè)量光線。另一種方法是將光源連接到透鏡上，通過(guò)連接到光譜儀的積分球測(cè)量透射率?；旧?，本文檔中解釋的所有透過(guò)率測(cè)量都依賴(lài)于相同的程序，只是使用不同的光學(xué)。

第一種選擇:光源-積分球-樣品-準(zhǔn)直透鏡-光譜儀。

第二種選擇:光譜儀-積分球-樣品-準(zhǔn)直透鏡-光源。

2.4幾何2:余弦校正器/透鏡

連接到光譜儀或光源的余弦校正器的組合，以及連接到另一個(gè)設(shè)備的(準(zhǔn)直)透鏡的另一端，也可以用于透過(guò)率測(cè)量。如果將準(zhǔn)直透鏡與光源連接，則透射光將被準(zhǔn)直。根據(jù)被測(cè)材料的特性，余弦校正器應(yīng)該連接到光譜儀，透鏡連接到光源，反之亦然。之后的測(cè)量過(guò)程保持相同:設(shè)置基線，然后執(zhí)行測(cè)量。注意，為了獲得最佳的測(cè)量結(jié)果，余弦校正器與物體、物體與光源之間的距離應(yīng)盡可能小。人們應(yīng)該考慮到，與積分球設(shè)置相比，這是一種更經(jīng)濟(jì)有效的光學(xué)配置，盡管它也需要更高的對(duì)準(zhǔn)精度。如果余弦校正器和透鏡沒(méi)有正確對(duì)齊，測(cè)量偏差可能會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生負(fù)面影響。

余弦校正鏡

第一種選擇:光源-余弦校正器-樣品-準(zhǔn)直透鏡-光譜儀。

第二種選擇:光譜儀-余弦校正器-樣品-準(zhǔn)直透鏡-光源。

三．選擇和定制合適的測(cè)量設(shè)備

3.1光源

透射測(cè)量可以在各種半透明材料或物體上進(jìn)行。不僅遵循正確的程序，而且所使用的設(shè)備的組合也將決定透過(guò)率測(cè)量的結(jié)果。為了獲得可用的數(shù)據(jù)，重要的是要使用與被測(cè)材料感興趣的光譜區(qū)域相匹配的光源和探測(cè)器(光譜儀)。例如，如果您的測(cè)量應(yīng)用程序需要VIS (380-780nm)范圍內(nèi)的全光譜分析，那么光源和光譜儀都應(yīng)該覆蓋該波長(zhǎng)范圍，并具有良好的信噪比。這意味著，一方面光源應(yīng)該發(fā)射足夠的特定波長(zhǎng)。為了支持不同的測(cè)量應(yīng)用，Admesy提供了一系列穩(wěn)定光源，從白色和(定制)彩色LED光源，到鹵素和可選的藍(lán)色增強(qiáng)濾波器，在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)優(yōu)化響應(yīng)。下面是一些Admesy光源的光譜功率分布的例子。可以看出，所有的光源具有不同的光譜分布，突出不同的波長(zhǎng)峰值。

3.2譜儀

選擇正確的光譜儀配置也是獲得可用的透過(guò)率測(cè)量數(shù)據(jù)的一個(gè)重要因素。分光計(jì)應(yīng)該在你的樣品感興趣的給定波長(zhǎng)范圍內(nèi)足夠靈敏。除了感興趣的光譜范圍之外，測(cè)量數(shù)據(jù)中所需的細(xì)節(jié)量也很重要:如果您的測(cè)量應(yīng)用程序要求對(duì)小光譜范圍進(jìn)行高精度分析，那么光學(xué)分辨率可能必須高于寬帶測(cè)量。為了涵蓋所有這些重要方面，Admesy開(kāi)發(fā)了Rhea光譜儀色度計(jì)系列:一個(gè)覆蓋200-1100nm范圍的定制光譜儀。下面我們將簡(jiǎn)要討論Admesy Rhea系列光譜儀色度計(jì)的所有可調(diào)諧元件。

探測(cè)器

Admesy Rhea光譜式色度計(jì)使用的是Hamamatsu的冷卻ccd探測(cè)器。目前Admesy Rhea光譜式色度計(jì)支持200-1100nm范圍的探測(cè)器。該探測(cè)器的量子效率如下圖所示。在未來(lái)，更多的探測(cè)器選項(xiàng)將添加到Rhea系列光譜儀。

狹縫尺寸

狹縫大小決定了進(jìn)入光學(xué)臺(tái)架的光量，受此影響，F(xiàn)WHM會(huì)受到影響:狹縫大小越小，F(xiàn)WHM越低，分辨率越高。Admesy Rhea光譜式色度計(jì)的所有配置都可以配置不同的狹縫尺寸。下表顯示了給定槽密度和狹縫尺寸下的近似FWHM的概述。

光柵

光柵將光分散到單獨(dú)的波長(zhǎng):色散量由凹槽的數(shù)量決定，通常表示為每毫米凹槽?；鹧娌ㄩL(zhǎng)決定了在某一波長(zhǎng)下的最佳效率。

200槽系統(tǒng)響應(yīng)

300槽系統(tǒng)響應(yīng)

500槽系統(tǒng)響應(yīng)

600槽系統(tǒng)響應(yīng)

900槽系統(tǒng)響應(yīng)

1200槽系統(tǒng)響應(yīng)

1600槽系統(tǒng)響應(yīng)

1800槽系統(tǒng)響應(yīng)

擴(kuò)散范圍

溝槽數(shù)量越多，色散越廣。然而，這也限制了可解析波長(zhǎng)的范圍，因?yàn)樘綔y(cè)器有固定的寬度。對(duì)于寬波長(zhǎng)范圍，可以使用低槽光柵，對(duì)于小波長(zhǎng)范圍的詳細(xì)分析，可以使用高槽光柵。這個(gè)范圍被定義為色散范圍。溝槽的數(shù)量也對(duì)FWHM有影響。

濾光片轉(zhuǎn)輪

Admesy Rhea光譜式色度計(jì)包含一個(gè)帶有4個(gè)ND濾波器(OD1, OD2, OD3和OD4)的濾光輪，以實(shí)現(xiàn)巨大的動(dòng)態(tài)范圍，允許測(cè)量OD4以上的光密度。第五和第六位置的過(guò)濾輪是全開(kāi)和關(guān)閉。每個(gè)ND濾波器都是校準(zhǔn)的，因此在ND濾波器輪位置之間沒(méi)有可見(jiàn)的光譜差異。

起始和終止波長(zhǎng)

起始和終止波長(zhǎng)取決于光柵的選擇和對(duì)準(zhǔn)。例如，一個(gè)色散范圍為200nm的光柵可以在300nm到500nm之間使用，也可以在400nm到600nm之間使用。根據(jù)感興趣的透過(guò)率測(cè)量區(qū)域，可以確定開(kāi)始和停止波長(zhǎng)以適合您的特定測(cè)量應(yīng)用。

上圖為光柵的響應(yīng)圖，當(dāng)槽密度為每毫米300槽，火焰波長(zhǎng)為1000nm時(shí)，顯示其在600-1100nm范圍內(nèi)的最高靈敏度。這個(gè)Admesy Rhea光譜式色度計(jì)配置將是在這個(gè)光譜范圍內(nèi)透過(guò)率測(cè)量的選擇。其中一個(gè)可能的應(yīng)用是測(cè)量近紅外阻擋濾波器，以確定超出視覺(jué)光譜的光密度。

隨著可用光柵數(shù)量的增加，配置的數(shù)量將變得多樣。掃碼查看更多型號(hào)admesy色度計(jì)產(chǎn)品：

主要色度計(jì)產(chǎn)品Hyperion，對(duì)標(biāo)柯尼卡美能達(dá)CA-410，性?xún)r(jià)比高。

Hyperion系列提供了一個(gè)高速和準(zhǔn)確性為一體的色度測(cè)量設(shè)備，改善了之前傳統(tǒng)的鍍膜特性，客戶不需要校準(zhǔn)就可以快速取得準(zhǔn)確的色度數(shù)據(jù)。覆蓋被測(cè)樣品較寬的光譜范圍。

Hyperion系列配置了一款靈敏度高的探測(cè)器，擁有其極低的電子噪聲和較高的動(dòng)態(tài)范圍，在亮度極低的情況下表現(xiàn)穩(wěn)定良好，是顯示領(lǐng)域測(cè)量的理想設(shè)備。

標(biāo)準(zhǔn)的Hyperion系列色度計(jì)采用的是10mm或者20mm的鏡頭，也可以根據(jù)客戶的要求提供光纖接口選項(xiàng)。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

超高準(zhǔn)確度的CIE1931曲線響應(yīng)特性

• 低亮度下的高靈敏度

• 自動(dòng)覆蓋，快速、Flicker測(cè)量功能

• 系統(tǒng)集成方便，包含JEITA，支持多種系統(tǒng)

• 支持XYZ, Yxy，Yu’v’等色空間

• USB和RS232接口，支持多個(gè)軟件平臺(tái)

  
  

規(guī)格參數(shù)：

本文件中的內(nèi)容可能會(huì)有所更改。本文件的內(nèi)容不能衍生任何權(quán)利。保留所有權(quán)利。未經(jīng)出版者事先書(shū)面許可，本文件的任何部分不得復(fù)制、存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)或檢索系統(tǒng)中，或以任何形式或方式、電子、機(jī)械、印刷、照片打印、縮微膠片或任何其他方式出版。

Admesy 不僅在亮度，色度，光譜方面為大家提供了解決方案，并且也提供了測(cè)量Flicker閃爍值的解決方案。歡迎大家來(lái)電。

更多詳情請(qǐng)聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電

關(guān)于昊量光電：

上海昊量光電設(shè)備有限公司是光電產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)代理商，產(chǎn)品包括各類(lèi)激光器、光電調(diào)制器、光學(xué)測(cè)量設(shè)備、光學(xué)元件等，涉及應(yīng)用涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫(yī)療、科學(xué)研究、國(guó)防、量子光學(xué)、生物顯微、物聯(lián)傳感、激光制造等；可為客戶提供完整的設(shè)備安裝，培訓(xùn)，硬件開(kāi)發(fā)，軟件開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)集成等服務(wù)。

您可以通過(guò)我們昊量光電的網(wǎng)站了解更多的產(chǎn)品信息。