便携式分光测色仪的工作原理和光学设计理论

便携式分光测色仪既有便携式测色仪易于携带 、使用方便等特点，又具有分光测色仪功能齐全、测量精准等特点。本网站已介绍了便携式分光测色仪的工作原理和光学设计理论。

便携式分光测色仪的工作原理

便携式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，其中准直系统和色散系统可以统称为分光系统，其工作原理如图1所示。光源发出的光照射在被测物体上，经过被测物体表面反射的光在积分球内壁多次反射后射向入射狭缝，该光包含有物质光谱信息。照明系统（在此指积分球）是把从被测物体表面反射的光能量传递给准直系统。准直系统一般由入射狭缝和准直物镜组成，由狭缝处发出的光束经过准直系统后变成平行光射向色散系统。色散系统利用色散元件（这里用平面光栅）把入射的平行光分成单色光。成像系统作用是将空间上分散开的各波长单色光会聚在成像镜的焦面上，形成一系列按波长排列的狭缝的单色像。接收系统与显示系统将焦面上的光谱能量接收，经过数据处理后以数据的形式输出颜色测量结果。

便携式分光测色仪的光学设计理论

一般光学仪器像差都分为单色像差和色差两种。对于单色像差来说，分为球差，差，像散，场曲和畸变5种。主要校正像差有球差、差和色差，由于所设计的便携式分光测色仪中采用的元件都是反射元件，系统没有色差，因此只需校正球差与差即可。

球差是由于不同的孔径的平行光束不能会聚在一点而产生的。反过来，由于球差，准直镜不能把来自狭缝上任一点的全部光线变成平行光束。球差会导致光谱线轮廓增宽，谱线模糊，分辨率降低。准直镜和成像镜的球差无法用调整的办法来消除，因此设计时必须校正到像差容限以内。

由于有差，从非常近轴的狭缝高度上一点发出的光通过该准直物镜时也不能成为平行光束，且光束结构不对称。反过来，成像镜也不能把从色散系统射出的平行光束会聚到一点。基差对谱线轮廓影响也严重，不仅是谱线轮廓单边扩散，降低仪器的分辨率，而且会使谱线轮廓极大值发生位移，甚至产生假的伴线。因此，差也必须限制在像差容限之内。

准直系统和成像系统的物镜都要校正球差和差，根据经验，一般都采用瑞利准则作为像差容限。所以瑞利准则，就是由剩余球差、剩余差所产生的最大波像差应当小于。按照轴向像差和波像差的关系，可以得到球差和差的容限如下：

轴向球差：

偏离正弦条件：

式中：D为有效光阑孔径，在光谱仪器中就是色散元件的有效宽度；f为物镜的焦距；入为选定的光线波长；n为边缘主光线或边缘谱线到光轴的距离。

在平面光栅光谱仪器中都采用反射镜作为物镜。因为抛物面镜的初级差比球面镜的大，多数采用球面镜。这样球差无法校正，而是控制相对孔径使球差小于像差容限，并从装置型式上想办法减小或消除差21。