分光測色儀的光學設計

　　隨著工業的發展，顏色測量在很多色差計方面都有著廣泛的應用，甚至在很多行業，顏色都已經成為質量評價重要指標，因此顏色測量精度及測量速度的提高，對許多產品生產質量的提高起著至關重要的作用。近年來出現的自動分光式測色儀器，雖然在體積上有所減小，但由於價格昂貴、操作復雜、維護難等原因，這類儀器並不適合目前我國一般用戶的需要，所以對研究測量精度高，價格低且便於攜帶與使用的顏色測量儀器分光儀有著重要的意義。

　　光學系統結構是便攜式測色儀中的核心部分，它設計的好壞直接影響測色儀的整體性能，其中光譜分辨率是衡量該系統質量好壞最重要的評價標准。

　　基本工作原理

　　分光測色儀的基本組成可分為光源和照明系統、准直系統、色散系統、成像系統以及接收、檢測顯示系統5部分，其中准直系統和色散系統可以統稱為分光系統，其工作原理如圖1所示。光源發出的光照射在被測物體上，經過被測物體表面反射的光在積分球內壁多次反射後射向入射狹縫，該光包含有物質光譜信息。照明系統(在此指積分球)是把從被測物體表面反射的光能量傳遞給准直系統。准直系統一般由入射狹縫和准直物鏡組成，由狹縫處發出的光束經過准直系統後變成平行光射向色散系統。色散系統利用色散元件(這裡用平面光柵)把入射的平行光分成單色光。成像系統作用是將空間上分散開的各波長單色光會聚在成像鏡的焦面上，形成一系列按波長排列的狹縫的單色像。接收系統與顯示系統將焦面上的光譜能量接收，經過數據處理後以數據的形式輸出顏色測量結果。

　　光學設計理論

　　一般光學儀器像差都分為單色像差和色差兩種。對於單色像差來說，分為球差，彗差，像散，場曲和畸變5種。主要校正像差有球差、彗差和色差，由於所設計的分光測色儀中采用的元件都是反射元件，系統沒有色差，因此只需校正球差與彗差即可。

　　球差是由於不同的孔徑的平行光束不能會聚在一點而產生的。反過來，由於球差，准直鏡不能把來自狹縫上任一點的全部光線變成平行光束。球差會導致光譜線輪廓增寬，譜線模糊，分辨率降低。准直鏡和成像鏡的球差無法用調整的辦法來消除，因此設計時必須校正到像差容限以內。

　　由於有彗差，從非常近軸的狹縫高度上一點發出的光通過該准直物鏡時也不能成為平行光束，且光束結構不對稱。反過來，成像鏡也不能把從色散系統射出的平行光束會聚到一點。彗差對譜線輪廓影響也嚴重，不僅是譜線輪廓單邊擴散，降低儀器的分辨率，而且會使譜線輪廓極大值發生位移，甚至產生假的伴線。因此，彗差也必須限制在像差容限之內。

　　准直系統和成像系統的物鏡都要校正球差和彗差，根據經驗，一般都采用瑞利准則作為像差容限。所以瑞利准則，就是由剩余球差、剩余彗差所產生的最大波像差應當小於。