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多通道快速分光測色儀的結構組成及工作過程

2010-10-07

                             多通道快速分光測色儀的結構組成及工作過程
    掃描式分光光度測色系統雖然實現了分光測色的精度要求，但是由于其光譜測量是通過單色儀的機械掃描來完成的，所以測量速度較慢。這種缺陷在自動配色應用中顯得尤其突出，因為在自動配色操作中需要測量大量的顏色樣品，特別是在建立色料的基礎數據庫時更是希望加快測色速度，以縮短建庫時間，充分提高工作效率。因此，作為分光光度測色系統的新發展成就，采用光電探測器列陣的多通道快速分光測色儀已逐漸普及，這類儀器處理具有分光光度測色儀外，又有光電積分式測色系統的測量速度，是包括自動配色在內的現代顏色科學研究與工業測控技術不可缺少的顏色測量設備。
    快速分光光度測色儀的出現與光電探測半導體技術的進展是分不開的，是隨著固體圖像傳感器的發展而產生的。固體圖像傳感器主要有三大類型：一種是電荷耦合器件，第二種是MOS圖像傳感器，又稱自掃描光電二極管列陣，第三種是電荷注入器件，其中前兩種用得比較多，在多通道快速測色系統中用得普通的是掃描光電二極管列陣SPD。
    目前國外生產自掃描光電二極管列陣的廠家，以美國公司的水平比較高，線列有64~4096位系列產品，掃描頻率達10MHz(單線)，面列陣有14*41~1200*400位產品，以及64~720位環形列陣等，共約50余個品種。日本對ＭＯＳ圖像傳感器也比較列陣，日立公司則要求在家用方面實用化，該公司已有３８４×４８４位的面陣用于彩色攝像機內。
　　在快速分光光度測色儀器中應用的列陣探測器件可直接安裝在色散系統的出射狹縫處，這里色散系統的結構已不需要如掃描式分光光度測色儀那樣用出射狹縫把單色輻射分割開來。這種儀器沒有出射狹縫機械部件，因此該色散系統實際上是一個多色儀，全部單色光譜輻射都同時從出射狹縫射出并射到光探測器上，探測器列陣同時獲得了整個光譜能量分布的信息。可見，這類儀器以光譜信號的電子掃描代替了常規的機械掃描，從而實現了對樣品的快速測量。
　　從掃描式分光測色儀到多通道快速分光測色儀的發展過程中，曾經出現過一種過渡型快速測色系統，用分立的硅光電池排列起來組成一個“陣列”作為廣電探測器，來接收由光纖束從多色儀的出射狹縫傳導過來的光譜信號，由此到達快速光譜掃描測量的目的。
　　在應用列陣探測器的快速分光測色儀器中，有一種比較特別的光學結構在這里作一簡要介紹，那就是如日本ＭＩＮＯＬＴＡ公司生產的ＣＭ—1000分光測色計所采用的分光傳感器。光接收部分由兩列SPD構成，分別用于測定短波長區（400~500nm）和長波長區（500~700nm）。測量光線由上方入射。
    目前，在國際市場上出現的多通道快速分光測色儀越來越多，但是采用的原理結構大同小異，不外乎單光束和雙光束兩種類型，并以后者見多；照明光源以脈沖疝燈為主，也有鹵鎢燈等恒定光源的；探測器基本上都是自掃描光電二極管列陣（SPD）,少數采用CCD列陣；樣品測量尺寸一般都有幾個孔徑可供選擇，同時系統中都考慮了鏡面反射成分的包括與排除切換功能：另外，大多數系統是反射和透射測量兩用的。下面就近年來再國際上比較流行的一些快速分光測色儀器的產品型號、光學結構、主要性能指標和特點等進行歸納和整理。