分光光度测色仪中双光路d0结构的改进

第39卷第11期 光电工程V ol.39, No.11 2012年11月Opto-Electronic Engineering Nov, 2012 文章编号：1003-501X(2012)11-0134-04

分光光度测色仪中双光路d/0结构的改进

王聪，金尚忠，袁琨

( 中国计量学院光学与电子科技学院，杭州 310018 )

摘要：在分光光度测色仪的双光路d/0结构设计中，通常采用积分球内壁作为参考点来消除光源波动对仪器重复性产生的影响。但是在这种情况下，参考信号在一定程度上会受到测试样品的漫反射光的干扰，仪器的重复性和准确性也随之降低。本文设计了一种改进的d/0测量结构，采用LED复合光源作为测试光源，在参考光路设置单独的参考白壁，而不再将积分球内壁作为参考点, 并建立实验进行验证。实验结果表明，改进的光路结构可以有效的消除被测试样品的漫反射光对参考光路信号的影响。

关键词：双光路；分光光度测色；d/0测量条件；LED；积分球

中图分类号：O433.1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2012.11.021

Improvement of Dual-optical Path d/0 Condition on Spectrophotometer

WANG Cong，JIN Shang-zhong，YUAN Kun

( College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China ) Abstract: In order to eliminate the errors resulting from fluctuation of light source, the inner surface of integrating sphere is selected as reference in design of dual-optical path d/0 measuring condition on spectrophotometer. However, the repeatability and accuracy of measurement will decrease to a certain degree because of interference by diffuse reflected light of the test sample. This paper improves the dual-optical path d/0 measuring condition, composites LED as test light source, and configures a separated referenced white board substitute for inner surface of integrating sphere in the reference optical path. Then, the experiment is established. The results indicate that this improved dual-optical path d/0 measuring condition could effectively revise the errors caused by diffuse reflected light of test sample.

Key words: dual-optical path; spectrophotometer; d/0 condition; LED; integrating sphere

0 引 言

分光测色仪在包括纺织，染料，印染，涂料，油漆，造纸，建材，食品，印刷等行业都有广泛的应用。目前市场上多数分光光度测色仪器都采用积分球漫射照明/垂直方向检测(d/0)的照明观测条件。为了保证仪器的光源光谱与太阳光(D65)光谱相匹配，大多数分光光度测色仪都采用脉冲氙灯作为光源。在测量的过程中，脉冲氙灯每次点亮时的光谱能量会发生较大变化，通常采用双光路设计来消除光源波动对仪器重复性产生的影响。一般将积分球内壁作为参考白点，在这种情况下，参考光路除了会检测到积分球内壁的反射光外，还会受到被测试样品的漫反射光的影响。本文设计了一种改进的d/0照明观测结构，采用LED复合光源模拟D65光源，提高了光源的稳定性；并设计了一种新的双光路结构，设置了单独的参考光路，保证测量的精确性与稳定性。

收稿日期：2012-04-23；收到修改稿日期：2012-07-17

基金项目：国家科技支撑资助项目(2011BAF06B02); 浙江省科技创新团队资助项目(2010R50020); 上海市科委资助项目(0595812300)

作者简介：王聪(1986-)，男(汉族)，吉林松原人。硕士研究生，主要研究工作是光谱仪器，颜色测量设计。E-mail: neepoq@。

第39卷第11期 王 聪，等：分光光度测色仪中双光路结构的改进

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1 双光路d/0测试结构设计

1.1 光源匹配

d/0照明观测条件是国际照明委员会(CIE)推荐的四种标准照明条件之一，人们在自然光下观察物体的真实颜色与在d/0条件下测量颜色的结果是基本一致的。本文采用3 W 大功率LED 匹配，并通过D65滤光片来拟合D65光源，D65光谱如图1所示。LED 光源有寿命长，响应快，稳定性好，功率低等特点。本设计主要采用节能的暖白LED 作为测试光源，暖白LED 使用蓝光芯片激发YAG 荧光粉，其光谱图如图2所示。

由图2所示，由于白光LED 发光原理的限制，在380~450 nm 和650~780 nm 波段范围内能量较弱，不能近似模拟D65光源。所以本系统在这两个波段内补充多个单色LED ，构成一个在可见光波段范围内宽光谱的白光，如图3所示。由于每次测量时间短，点亮LED 时间为毫秒级别，可以保证不会出现由于长时

间点亮而发生光谱偏移现象，并通过D65滤光片，模拟出D65光源。 1.2 光路设计

本文设计了一种改进的双光路来消除积分球系统中测试样品漫反射光的影响，如图4所示。在改进的双光路系统中，不再将积分球内壁作为参考点，而是设置单独的参考白壁。在入射光进入积分球之前，经过半反半透镜后。透射光照射到积分球中，而反射光照射到单独设置的参考白上壁，系统参考光路的末端直接放置分光模块，将反射光导入到参考分光室中。

300

400

500

600

700800

λ/nm

图1 D65光谱

Fig.1 D65 light source spectrum

120

10080604020S p e c t r a l d i s t r i b u

t i o n

400500

600

700

906030R e l a t i v e s p e c t r a l d i s t r i b u t i o n /%

λ/nm

图2 暖白LED 光谱

Fig.2 Warm white LED spectrum

0R e l a t i v e s p e c t r a l d i s t r i b u t i o n /%

30

60

90

400500600

700

λ/nm

图3 LED 匹配光谱

Fig.3 Constituted LED spectrum

图4 改进的双光路结构

Fig.4 Improved dual-optical path system