12Jul.2022
分光光譜儀

光譜儀原理與應用大解析|技術分析要正確,產業運用超給力!

光譜儀主要是用來為解析光波長的設備,在想要了解光譜儀原理與應用前,我們首先先對光做簡單的說明。所謂的「光」,指的是人眼所看的到的電磁波,也可稱為「可視光」。而可視光的波長約為380~780nm,且會因波長的長短而產生顏色的變化;380nm以下的電磁波,則稱為紫外光,780nm以上則為紅外光。
光譜儀

光譜儀是什麼?基本組合又是什麼?


所謂的「光譜儀」就是將成分複雜的光,分解為光譜線的科學儀器。
大塚的光譜儀(MCPD)架構,如同上圖為由接收器,透過光纖將受測光源傳導到分光板分解成空間光,再由MCPD去解析波長。
可量測的內容有:透過率及反射率,透過波長範圍的量測及sensor的光感度調整,可以量測物體色、膜厚等項目。而大塚自家的設備皆是以MCPD為核心,所衍生出來的產品稱為大塚的心臟也不為過。其構成原理為量測光經由光纖導入slit,再由分光版進行折射,感光sensor在接收到後再轉為光譜。
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光譜儀原理介紹|波長校正


為讓受測物體所被檢測出的數據,能達到其正確性。光譜儀使用初期及使用後一段時間,皆需要進行相關波長校正。
大塚光譜儀則是透過汞燈及氖燈進行波長校正,原因為汞燈及氖燈在特定波長裡,持有固定輝線的特徵,適合作為校正波長來使用。在能量校正的部分,則是透過大塚的照度標準燈量測後,來決定能量校正係數。
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光譜儀4

光譜儀穿透率及反射率量測方法

大塚光譜儀在進行穿透率量測時,順序上都須先進行REF的量測後,再對樣品進行量測。
反射率的量測也與穿透率相同,須先進行REF的量測後,再對樣品進行量測。光譜儀5
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光譜儀色度量測說明

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人的視覺細胞有L、M、S的錐體(L為紅色、M為綠色、S為藍色),其功能為對光的顏色作辨別。
隨著對錐體賜與的刺激量,對顏色的識別也會有所改變。
舉例來說,L為2000、M為500、S為1的條件下,L錐體較多的關係,故視覺上會判斷成紅色,而這就是所謂的三刺激值。
CIE 1931則是用XYZ表色系,此原理就如同錐體,可藉由3種刺激量來表現顏色。
將三刺激值X、Y、Z從光源的光譜中計算,並於色度座標上顯示顏色。
光譜儀8
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計算色度時所使用的光源有A、B、C、D65、F10等5種,A光源為白熾燈、B光源為直射日光、C光源為正中午太陽光、D65為含有UV的太陽光、F10則為螢光燈。下圖為各光源光譜:
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光譜儀實際量測樣品數據

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主波長和刺激純度。主波長為在單一波長下,實際所看到的光的顏色,單位為nm。
其刺激純度則為單一波長下,表現顏色的鮮豔程度的指標單位為%。
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色溫:會表現光源的光色較於接近溫度的黑體顏色,單位為[K]。
色偏差Duv:黑體輻射上若無光源的光色時,則為顯示較為接近的色溫。相關色溫會沿著色度座標圖上的黒體輻射變化數值。
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所謂的演色性評價,是指當物體被光源照射時,物體會成哪種顏色的指標。
譬如當使用基準光(太陽)照射物體(色票)時,及測試光源照射物體時所產生的色差。
光譜儀15
 

光譜儀應用產業說明與推薦

一般來說,光譜儀可應用的產業為:半導體、面板顯示器、LED、化工材料、醫療食品、高分子薄膜等相關領域。

大塚光譜儀設備推薦

MCPD為大塚的核心設備,大塚旗下眾多的量測設備都是由MCPD延伸而成。並將其特性發揮加強的產品,稱為大塚的心臟也不為過。而其中入門款的MCPD6800MCPD9800則為推薦設備,皆可量測反射率、穿透率,進而延伸膜厚、色度等測量。
  • 大塚分光器的功能規格要求 
大塚光譜儀設備,是基於日本產業規格(JIS Z 8724)的標準:
  1. 測得波長之正確性要求-波長偏移在0.5nm以下
  2. 測得輝線頻譜大小之正確性
    強度比2:1之輝線其相對誤差要在0.5%以內、再現性要在0.2%以內
    強度比10:1之輝線其相對誤差要在1%以內、再現性要在0.5%以內
  3.  迷光
    白熱電球為光源、波長450nm之迷光要在1.0%以下
  • 大塚設備多元化量測應對 
大塚MCPD光譜儀能對應多方面的需求運用,隨著量測內容的改變,架設方式也會有所不同。
光譜儀16光譜儀17

📖  全文參考資料:
http://physics.thu.edu.tw/sites/default/files/05-5101.pdf
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%85%89%E8%B0%B1%E4%BB%AA

大塚科技長年深耕台灣,有各種光學量測的專家。
各種客製化光譜儀量測項目,歡迎聯繫我們。
 
 

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