光栅分光测色仪由哪些部件构成？其发展趋势是怎么样的？

光栅是由一系列等距平行刻线组成的光学元件，它是利用光的衍射和干涉原理进行分光的一种色散元件，被广泛应用到分光测色仪、色差仪等相关产品上或相关领域中。那么，光栅分光测色仪由哪些部件构成？其发展趋势是怎么样的？本文为大家做了详细的介绍，对颜色测量仪器知识感兴趣的朋友可以了解一下！

光栅分光测色仪够构成部件介绍：

光栅分光测色仪的基本组成可分为光源和照明系统、准直系统、色散系统、成像系统以及接收、检测显示系统5部分，如下图所示。

除了上图所示的硬件结构以外，测色仪器还需要有完备的软件系统，并且，随着计算机技术的发展，软件系统在整个仪器中发挥着越来越重要的作用。

1.光源和照明系统

我们遇到的物体常处在各种不同光源的照明下，照明光源不同，物体的颜色就会有差异，为了统一测量标准，CIE规定了标准照明体和标准光源。CIE对颜色的评价是在它规定的照明体或光源下进行的。

分光测色仪器中光源的光谱分布不是关键因素，但光源必须在仪器的整个波长范围内发出连续的光谱辐射，并且有足够的强度，使每一波长上都具有足够能量，那么在探测器上就有满意的信噪比。可利用透镜或反射镜将光源成像在单色器的入射缝上以提高狭缝的照度，照在入射缝上的光应尽可能均匀。

2.准值系统

准直系统由入射狭缝和准直物镜组成。对于仪器内部的系统而言，入射狭缝成为替代的、实际的光源，限制着进入仪器的光束。入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。这样，由它发出的光束经准直物镜后成为平行光束投向色散系统，造成夫琅和（Fraunhofer）的衍射条件。

3.色散系统

色散系统的作用是将入射的复合光分解为光谱。分光测色仪中色散系统的功能由单色器完成，单色器的功能是输出不同波长单色光的装置。单色器是分光测色仪器中最主要的部分。根据单色器中色散元件的不同大致有以下几类：

（1）棱镜或光栅分光的单色器

是较高级的分光测色仪器中最常见的一种。它利用棱镜或光栅将光源能量色散成波长的函数，不同波长的单色光依次在空间排列成光谱带。如光栅单色器转动色散元件，并利用其机械传动正弦机构或正切机构和其它光学零件使单色光等间隔地落到单色器的出射狭缝处，并利用出射狭缝的宽度来控制单色光的带宽。为了得到更纯的单色光并减少仪器内的杂散光，有时一级单色器还不能满足要求，常将第一级单色器输出的单色光作为光源输入第二级单色器，再进行一次色散，这样组合在一起使用的单色器叫做双联单色器。一级单色器的杂散光只达到0.1%左右，而有些双联单色器杂散光可低于0.0001%。

（2）滤光片分光的单色器

棱镜或光栅单色器结构比较复杂，制造精度高，价格贵。由于相当多的颜色样品具有比较平缓的光谱透射比或反射比曲线，因此可以在整个波长范围内均匀选择一些离散点来进行测量。这样对单色器的要求可简化，只需在有限个波长上提供一定带宽的单色光即可。

由于近年来光学薄膜技术的发展，已经可以制造出中心波长不同的各种窄带干涉滤光片。这种滤光片中心波长的准确度约2nm，通常将一组带宽为10nm~30nm不同的滤光片装在可转动的圆盘上使用。

近年来还发展了一种可变波长的干涉滤光片。例如国内已研制出直径为150nm的圆形峰值波长可变干涉滤光片，峰值波长可变范围400nm～1100nm，峰值波长沿圆形基底的不同角度呈线性变化。可变波长滤光片与窄带滤光片相比，具有可任意改变采样波长，增减采样密度和选择不同带宽的优点，但中心波长准确度和透光率较低。

（3）可调谐激光器单色器

激光具有单色性好，能量高等优点，近年来由于染料激光器等可调谐激光器的发展，已能做到在一定波段范围内获得波长连续可调、单色性很好的强激光光束。这就为测色工作提供了一种新型的高性能单色器。

4.成像系统

成像系统的作用是将空间色散开的各波长的光束汇聚在成像物镜的焦平面上，形成按波长依次排列的狭缝的单色像。

5.接收系统

接收系统的作用是将成像系统焦平面上的光谱能量接收，并检测光谱的强度、波长位置。探测器是接收系统的主要部分。根据所使用的光探测器的不同，分为目视分光光度测色仪（以眼睛作为探测器）和自动分光光度测色仪（应用光电探测器），在颜色科学研究和工业测量中应用广泛的是后者。自动分光光度测色仪包括扫描式分光光度测色仪和快速分光光度测色仪。

扫描式分光测色仪常用的探测器有光电倍增管、光电池、光电管等，这些都是单通道探测器。将一个或多个出射狭缝放在成像物镜的焦面上分离出全部所需要的波长的单色狭缝像或谱线，将这单色光束或谱线的能量传递到探测器的灵敏面如光电阴极上，光信号就能被转换成电信号。

快速分光测色仪采用的是用多通道探测器，如硅光电二极管列阵、硅靶摄像管和CCD器件。在快速分光测色仪器中应用的硅列阵器件，可直接安装在单色仪的出射狭缝处，单色仪的结构已不需要象扫描式分光测色仪那样用出射狭缝把单色辐射分割开来。这种仪器没有出射狭缝机械部件，因此，单色仪实际上已成为一个多色仪，全部单色光谱辐射都同时入射到光探测器上，探测器列阵获得了整个光谱能量分布的信息。这种仪器不需要扫描就可以实现对样品的快速测量。

6.软件系统

计算机软件系统是测色仪器的重要部分，通过计算机软件系统可以进行大量的数据采集和处理，减轻疲劳程度，增强仪器的实时性；提高仪器的自动化程度，甚至使整个仪器的操作、测量、分析完全按程序自动地进行，并用数字或图表形式显示结果；可以对影响仪器精度的某些误差进行自动修正，提高仪器精度；利用计算机高速运算和存储功能，提高仪器的分析、测量速度。

光栅分光测色仪的发展趋势：

1.在光源方面

测色分光光度计的光源常采用卤钨灯或氙灯等，现在多为氙灯，且脉冲氙灯具有光强高，耗能少的优点。还可采用滤光片的方法进行滤光以更好的模拟D65光源。

2.在探测器方面

对物体或光源的颜色进行快速而精确的测量，已经成为当前国际上测色领域的一个重要的发展方向，因此，采用CCD或硅光电二极管列阵等阵列器件作为多元探测器的快速分光测色技术是目前国际上较热门的颜色研究课题，也是颜色测量仪器的发展方向。就目前市场来说，分光测色仪器多采用光电二极管，例如SP-1000型测色分光光度计使用的是滨松公司生产的MOS线型阵列光电二极管，与一般的CCD相比，它具有驱动电路简单，可见光范围的光谱响应好等优点。针对测色领域，现在还有专门用于测色（光谱范围是可见光区）的探测器，自身还带有滤波片，这样做光路的时候可以省去光栅，实现仪器的小型化。另外，值得一提的光纤传感技术是近年来发展迅速的新型传感技术，光纤具有径细，柔韧，可绕曲性好等特点，目前已有用光纤作探头的测色仪器，此类测色仪器一般体积较小，便于携带，而且测量方便，可用在特殊需要的场合，比如用来测量人体的皮肤或牙齿颜色等。

3.在分光元器件方面

全息光栅渐渐取代机刻光栅，早期的分光光度计多采用棱镜分光，随着光栅制作技术尤其是复制光栅技术的发展和不断提高，绝大多数分光光度计采用光栅，后来，随着全息光栅制造技术的发展与商品化，全息闪耀光栅以其优越的性能（如杂散光小，无鬼线）迅速取代一般闪耀光栅。目前全息凹面光栅发展很快，开始被用来制作快速的光谱仪器。80年代初美国HP公司首先推出了利用平场全息凹面光栅和二极管阵列的紫外-可见光分光光度计（HP4850A，HP4852A）其整个光谱的扫描时间只需0.1秒。凹面光栅的应用减少了组成的零部件数量，废弃了传统的机械扫描，改为光电全场同时扫描，从而可以实现光谱快速分析，并且提高了测试精度和重复性。

4.在仪器控制方面

随着分光元器件及分光技术、检测器件与检测技术、大规模集成制造技术等的发展，随着单片机、微处理器、计算机和DSP技术的广泛应用，早期的分光光度计采用人为控制，随着单片机、微处理器的出现，大多数实现了自动控制，使仪器的自动化与智能化成为可能，在微处理机的控制下，能完成自动扫描、自动记录或自动进行波长校正、自动寻峰、自动完成基线校正功能，实现仪器光、机、电以及整个系统工作状态的自动检测，还可以内存多种专用分析程序等等。

引入电子计算机技术是当代仪器的发展潮流，也是分光测色仪器的一个发展方向。随着电子计算机，特别是微处理机的发展，已把小型化，多功能，低成本的专用微处理机直接装入分光光度仪器内，不但能完成光谱数据的计算和处理，而且提高了仪器的自动化程度，扩大自动控制范围，现代分光测色仪器都是光机电，计算机系统的有机结合。

5.在仪器构型方面

从结构简单的单光束发展为双光束，现在几乎所有高级分光光度计都是双光束的，有些高精度的仪器采用双单色器，使得仪器的分辨率和杂散光等性能大大提高，但结构也变得更加复杂。随着集成电路技术和光纤技术的发展，已经出现了一些携带方便的小型分光光度计，而微电子技术和MEMS技术的发展，正促进将分光元件和探测器集成在一块基片上的微型分光光度计的研究与开发。因此实现仪器的小型化，研制便携式的测色仪器也是目前的一个重要发展方向。

6.在通信接口方面

目前主要有双向RS232接口，最新的还有USB接口，可以外接记录仪、计算机、或与光谱数据站联结，完成仪器遥控、数据传输、外存、记录等功能。

7.在显示、记录与绘图方面

更多地采用液晶屏幕或计算机屏幕显示。