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。
而大塚的光譜儀（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。

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。

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。

光譜儀色度量測說明

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。




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：

光譜儀實際量測樣品數據

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%。



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。

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MCPD6800及MCPD9800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。



大塚科技長年深耕台灣，有各種光學量測的專家。
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