东南科仪：分光色彩色差仪光源分析

东南科仪技术文档 分光光度色彩色差仪光源比较分析东南科仪技术咨询热线：020-13380008114 020-83510088 分光光度色彩色差计光源特征分析 东南科仪技术服务部 介绍 在分光光度色彩色差计选择的过程中，由于各厂家的仪器在设计上有不同的特征，当某些仪器存在一些潜在的不足之处时，许多销售人员便利用光源的不同特征误导消费者，并向用户灌输这样的思想：认为某种光源优于其他种类的光源，甚至意欲强迫用户以此作为选择色彩色差计的唯-一-标准。由于一般用户对分光光度色彩色差计的光源缺乏正确的了解，产生了很多诸如氙灯优于钨灯，光强度越高测量准确度越高等错误的认识，这实际上是由不尊重科学的销售人员的误导造成的。 事实上在颜色测量仪器中，选择什么光源，应首先考虑的是稳定性，光源定向性，寿命以及最终获得的光谱曲线的有效性。 钨灯(石英灯) 钨灯是颜色测量仪器(包括各种可见分光光度计)最常用的光源，它是一个装有钨丝的，内充惰性气体或者卤素(防正钨丝氧化和热蒸发)的透明灯泡。用钨作为灯丝材料是因为钨有足够的强度，并能经受高温。钨灯的光谱特性如图1所示。由图示曲线可见在可见光区钨灯的光谱曲线与黑体发射器光谱曲线几乎完全重叠。随着近年稳压电源和脉冲电源的发展，钨灯能够提供重复稳定的，高色温的光束，完全可以满足外观颜色测量对光源的需要。 WAVELENGTH IN NANOMETERS 图例：光源灯的发射光谱特性曲线。在可见光区域钨灯的光谱曲线与黑体发射器光谱曲线几乎完全重迭。摘自： IES Lighting Handbook， 5"ed. 感谢 International Illuminating Engineering Society(国际照明工程协会)获准引用此图。 氙灯 另一种常用于颜色测量仪器的光源是氙灯。它是一个装有一对电极的充满氙气的密封玻璃管。当在电极上加上高电压时，内部氙气就会受到激发瞬间产生弧光，这属于一种充气放电灯。氙灯的优点在于谱线比白炽灯的谱线更接近于日光并且能量较高。然而，对于大多数弧光灯来说要得到稳定的光输出是相当困难的，而对于精密准确的颜色测量来说，连续无波纹的光谱(稳定的光输出)恰恰是最为重要的。 从光检测的角度来讲，过强的光源强度一般都会超出了检测器的线性范围，这是一个常识，在光路设计上又需要减弱最终到达检测器件的光强度，这使得光路设计复杂化，另外，大家都知道，目前绝大多数紫外可见分光光度计均采用 D2 灯和钨灯做光源，对于测量物体表面颜色来讲，人眼看见的就是可见光，采用能量消耗小，电路设计简单，受命长，系统体积小，价格低廉、容易维护更换的钨灯是非常合适的，在上个世纪60-70年代，所有的旋光仪均采用钠光灯作为光源，因为按照旋光度的定义，仪器需要能量集中在589nm 的光源，当时钠光灯几乎是唯一的选择，但是，钠光灯作为一种真空放电激发器件，使用寿命和光强度的稳定性，均很难保证，并且钠光灯成为了旋光仪昂贵的消耗品，在今天，几乎所有的旋光仪均采用钨灯+干涉滤光片作为光源，光源灯的寿命相对于仪器来讲几乎是无限长，因为新的低能耗，脉冲钨灯光源技术解决了这一难题。 氙灯可以发出短暂的高强度的弧光，但却很难产生重复的等强度的弧光。因此，使用氙灯作光源的仪器，就得依靠对测量进行多次平均化来减少由于光强度不重复带来的负面影响，并且，若分光光度仪为便携式仪器的话，由于操作次数影响储电能量，所以每次发出光的能量也不同和不稳定，并且在测定间隙，要等待充电，进行下一次的测定，充电的程度不同又会影响光强度。再则，氙灯光源需要比较复杂的高压震荡激发电路，维修亦非常复杂，在更换时，除了要更换灯炮外，还要更换整组电容，所以价格较贵。 钨灯和氙灯的比较 钨灯 氙灯 类型 脉冲闪光 脉冲闪光 指向性 小线圈集中发光，光源指向性好，聚光光路 设计简单，能量损失小 需要复杂的聚光光路才能得到平行光，光 的指向性欠佳。 稳定性 光输出稳定，台间差极小 光通量不稳定，需作平均测量 寿命 超过500000次测量 超过100000次测量 光谱有效性 连续的光谱能量分布，与阳光特征相同 光谱能量曲线与日光更为接近，在某些波 段过分强烈 更换费用 低廉 昂贵 便携式仪器需要轻巧，省电，便于维护和操作，将氙灯安装到便携式仪器中，等于是将我们手机上的LCD 液晶显示器换成了传统的 CRT 阴极射线管显示器，所以，在便携式仪器中采用氙灯光源可以说是一个设计错误，或者，，一些公司还没有掌握最新的光源技术，在设计制造上不得不暂时做些妥协，幸好，大多数用户是聪明的。 随着当今电子技术和分光光度色彩色差计的发展，大多数钨灯和氙灯光源的固有缺点都可以克服。分光光度色彩色差计光源的种类和光谱能量的分布对反射率和透过率的测量值影响不大。事实上，对光源的全部要求就是必须在可见光区的各波长下能够发射足够强度的稳定的光，以利于得到物体表面的反射光谱曲线，事实上，最终的反射光谱曲线与光源是无关的。 结论 在评价分光计的性能时，光源仅仅是很多指标中的一个而已。同样重要的因素还有：可靠性，重复性，光路设计的合理性，稳固性，用户界面的友好性，技术支持和服务等。仅注重其中的某个特性，会误导用户做出不全面的判断，所以，过分强调光源，对用户是不负责任的。 美国爱色丽 (X-Rite) 是在纳斯达克上市的专业颜色测量仪高科技公司，多年来一直是相关领域的领导者，并且是商标为 SPECTRALON 积分球的全球供应商，作为总代理，东南科仪乐意为用户提供最先进的色彩色差仪和电脑配色系统。 索取资料请联系： Fax：020-83510388 E-Mail： dongnan@sinoinstrument.com ( 参考文献 ) Billmeyer， F.W. Jr.，& Saltzman， M.， Principles of Color Technology， 2" Edition， John Wiley & Sons， 1981 ( Hunter， R.S.， & Harold， R.W.， The measurement of Appearance， 2"Edition， John Wiley & Sons， 1987 )