照明和显示制造商必须确保他们的产品是一致的光输出,使它们依赖于有效的质量控制方法。必须验证他们的产品,他们的输出测量,在不同的环境中,以确保他们将按要求操作。
一个这样的测量技术分光辐射学,它提供了这种能力,让光源的特性和广泛的一组参数。这使得标准建立,进而设置本更加一致的照明的蓝图。
光谱仪可以同时进行放射客观测量,测量光光度测量,关心人类如何看待光。
光谱仪
光谱仪是一种装置,测量和记录光波在一个特定区域的电磁波谱。它是通过吸收光,分裂成它的光谱组件和数字化信号波长的函数。由此产生的数据通过软件处理和分析。
从外部光源的光进入光谱仪等光学透镜,余弦校正器或通过光纤连接到积分球。然后穿过一个狭窄的入口狭缝进入仪器内部室。
的缝隙允许精细控制的光量进入光谱仪。然后发散光线平行凹镜,集中到一个光栅,使得光线分散的光谱成分在稍微不同的角度。这个分裂光波长,然后分散光线集中在第二个凹镜到探测器上。
在一些先进的微型光谱仪,入射光由凹面全息光栅处理而不是镜子和光栅。探测器的光谱图像转换成数字信号,这是处理和分析提供一个光谱测量和其他特征。
光谱仪测量什么?
谱仪的基本功能是测量强度作为波长的函数。然而,获得的数据包含更多的信息比光谱功率分布。一系列的参数可以测量包括辐射来源的绝对校准辐照度如白炽灯,发光二极管,气体放电灯泡和平板显示器。
还有其他参数如显色能力(CRI)、光合有效辐射(PAR),色坐标(Yxy XYZ,于网上的)、峰值波长、主波长等。
在一个实际的例子,我们可以考虑照明产品,有几个重要的参数,可以量化的光谱仪。照明的关键因素是颜色一致性或色差和光谱仪提供了定义良好的方法比较发射颜色的每一个组件,例如在测量RGB led。
而且,光谱仪能够跟踪主导的波长和计算颜色的温度调节和文档照明产品。说对任何人来说都是很重要的一个例子,使用电子显示高能蓝色波长的监控。
人体长期接触这种光出现在显示和照明设备会损害视力(蓝光风险)。这些只是几个使用光谱仪可以把,这表明,它必须是灵活的,允许的测量范围和操作模式;这种类型的一个例子从Admesy光谱仪是瑞亚。
土卫五-谱仪的关键部件
配置测量范围的200和1100海里Admesy现在提供灵活的光谱仪平台,瑞亚。各种选择狭缝大小、光栅和传感器它使总对光学的应用灵活性。
土卫五还可以定制的可选的附加组件如准直透镜、余弦校正技术和光纤连接器连接到集成领域。为非常高灵敏度的测量仪器也有冷却(-10°C)高端CCD探测器。
过滤器
覆盖尽可能大的动态范围的土卫五包含与四个中性密度滤光轮(ND)过滤不同的光学密度(OD1、OD1.3 OD2和OD3)它允许仪器操作在低亮度很高的亮度水平。完全开启和关闭配置被滤光轮上的第五和第六的位置(分别OD0和快门功能)。
中性密度(ND)过滤器是专门设计来减少传输统一在一段特定的光谱和通常是由他们的光密度(OD),这是一个测量有多少能量被过滤。光学密度高值表示低传输,和低光密度表明高传播。每个ND过滤器完全校准所以没有ND滤光轮位置之间的光谱差异是可见的。
的狭缝
狭缝允许光线进入光谱仪,每个狭缝的宽度影响决议;窄缝,光学分辨率越高。有缺点与狭缝宽度降低信号强度降低,这就需要更长的积分时间。
最常见的狭缝宽度用于光谱仪是10、25、50、100和200μm。狭缝的高度和宽度也必须符合光纤电缆通道的直径光光谱仪。这限制了使用一些缝取决于光学试验台的设计。
的凹镜
凹镜反射光束,改变路径,让它们尽可能接近平行之前达到衍射光栅。准直仪提高分辨率的影响,但同时他们降低强度。土卫五的光具座Czerny-Turner配置有两个凹镜子,第二个类似的用于聚焦光波长在同一像素CCD传感器。
衍射光栅
的核心光学衍射光栅光谱仪。这个组件将入射辐射,然后分散的单个元素光谱波长,投射到一个检测器通过第二凹镜。
波长范围,在一定程度上,光谱仪的光学分辨率是由光栅所能达到的水平。有两种不同类型的衍射光栅:光栅、全息光栅,与分散的程度或凹槽的行数。裁决光栅是简单和廉价的生产,然而,有缺陷的表面表现出更多的杂散光。全息光栅在高端光谱仪用于最小化这个问题。
土卫五的有几个光栅,每个都有一定数量的凹槽每毫米。这种条纹密度影响的光学分辨率光谱仪:凹槽越多,更广泛的光线分散。有宽度限制探测器和光学试验台的设计,更广泛的分散也意味着一个更小的波长范围。
以及考虑到沟密度,另一个重要的参数在配置一个光谱仪是大火光栅的波长。大火波长表示为一个纳米波长值,代表了光栅响应波长的函数。这可能导致相同数量的凹槽每毫米导致不同优化波长范围,根据其火灾的波长。
探测器——一个电荷耦合装置(CCD)
CCD探测器是用来接分裂后产生的波长。CCD由数以百万计的个人探测器元素硅多通道阵列(像素),可以检测紫外线,可见光和near-infra光。
当每个像素暴露于光线开始积累电荷。这增加当光子照射到像素和一个电子被释放,这些冲突增加,发生电荷积聚。越亮灯(即光子)或更长和更大的交互开发。细胞之间的电荷耦合的放大模拟信号,产生一个高度敏感的光谱仪。
在测量期间结束后(积分时间),每个元素的电荷被读出电子阅读,此时每个人阅读是测量。ccd广泛用于光学光谱为他们提供最大的灵敏度,均匀性和噪声特征为特定的波长范围。通常是某种程度的冷却需要使ccd适合高品位光谱学,降低噪音。
这是特别有趣的应用程序处理非常低的亮度水平,仍然需要准确的测量数据。冷却通常是使用珀尔帖冷却或低温液氮。
引用和进一步阅读
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- Tipler,保罗(1992)。现代物理学基础。麦克米伦。p。149。ISBN 9780879015695。
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