Спектрофотометр (от спектр и фотометр) — прибор для исследования спектрального состава по длинам волн электромагнитных излучений в оптическом диапазоне, нахождения спектральных характеристик излучателей и объектов, взаимодействовавших с излучением, а также для спектрального анализа и фотометрирования.

Применение

Применяется в колориметрии и спектральном анализе.

Спектрофотометры могут работать в различных диапазонах длин волн — от ультрафиолетового до инфракрасного. В зависимости от этого приборы имеют разное назначение.

Назначение

Основное назначение спектрофотометров в полиграфической отрасли — проведение точной линиаризации и калибровки процессов печати. Спектрофотометры компаний GretagMacbeth, X-Rite, Techkon, Konica-Minolta и других производителей предоставляют возможность проведения точечных и автоматизированных измерений для создания высококачественных ICC-профилей.

Конструкция

На рисунках приведены две основные схемы спектрофотометров, измеряющих спектральный апертурный коэффициент отражения данного объекта относительно рабочего стандарта с известной спектральной характеристикой:

Измеряемый образец освещается белым светом. Монохроматор расположен в исходящем потоке. Для улучшения характеристик и точности измерений в современных спектрофотометрах также используются двойные монохроматоры

Измеряемый образец освещается монохроматическим светом.

Конструктивные схемы

Есть две схемы построения спектрофотометров: спектрофотометр в виде клиновидной пластинки и с применением гетеродинной схемы приема светового излучения.

В виде клиновидной пластинки

Спектрофотометр в виде клиновидной пластинки

Спектрофотометр (рис.1) выполнен в виде клиновидной пластинки, на одну из поверхностей которой нанесен тонкий, частично пропускающий слой, а на другую поверхность нанесено отражающее покрытие, частично пропускающее световое излучение.

Принцип работы спектрофотометра основан на регистрации интерференционных полос стоячей световой волны путём проецирования изображения системы интерференционных полос на фоточувствительные линейки. При этом метод обработки сигнала отличается от традиционной Фурье-спектроскопии лишь тем, что преобразованию подвергаются сигналы не временной, а пространственной частоты. Спектрофотометр обладает высокой помехоустойчивостью к некогерентному световому излучению.

Гетеродинная схема

Гетеродинная схема приема светового излучения.

Для этого спектрофотометр снабжают вторым лазером с частотой излучения, отличающегося от первого на частоту светового биения (рис.2). При этом от излучения второго лазера образуются интерференционные полосы практически с тем же периодом d, а на тонком слое, как на смесителе, возникают световые биения. Полученные электрические сигналы регистрируют и подвергают двухмерному преобразованию Фурье.

Светофильтры

В полиграфии могут использоваться следующие светофильтры:

• POL — поляризационный фильтр. Используется для получения предположительного спектра после закрепления краски.
• D65 — применяется для имитации источника излучения D65.
• UV-cut применяется при измерении оптических плотностей бумаг, в которых используются флюоресцентные оптические отбеливатели.
• No — обозначение отсутствия светофильтра. Обычно используется прозрачное стекло, защищающее спекрофотометр от пыли.

Источники излучения

Основными источниками излучения являются:

• А (свет лампы накаливания, 2856 К);
• С (непрямой солнечный свет, 6774 К);
• D (дневной свет, 5000 К);
• D65 (дневной свет, 6500 К);
• F11 (флуоресцентное излучение узкого диапазона отвечающее трубке Philips TL84);
• и т. п.

Оптическая схема

Геометрия измерения

Международной комиссией по освещению рекомендованы 4 различные геометрии для измерения спектра отражения:

• 45/0 (образец освещается одним или несколькими световыми пучками, оси которых образуют угол 45±5° относительно нормали к поверхности образца).
• 0/45 (образец освещается световым пучком, ось которого составляет с нормалью к образцу угол не более 10°).
• D/0 (образец освещается диффузно с помощью интегрирующей сферы. Интегрирующая сфера может иметь любой диаметр при условии, что суммарная площадь отверстий не превышает 10 % внутренней отражающей поверхности сферы).
• 0/D (образец освещается световым пучком, ось которого составляет с нормалью к образцу угол не более 10°. Отраженный поток собирается с помощью интегрирующей сферы).

Модификация основных геометрий измерений

Для исключения зеркальной составляющей высокоглянцевых материалов приемник света размещается под углом 8° к нормали, а напротив него симметрично относительно нормали устанавливается ловушка блеска. Свет, который не попадает на образец под углом 8° (благодаря ловушке блеска), не отражается зеркально в направлении приемника, следовательно, отраженнный образцом поток состоит только из диффузного света. В таком случае геометрия измерения становится D/8. Если зеркальный компонент включен, то обозначение такого — D/8:i (ловушка закрыта). Если выключен, то геометрия измерения обозначается D/8:е (ловушка открыта).

Спецификация

Спектральная разрешающая способность это способность спектрофотометра измерять спектр излучения. Определяется таким образом шириной единственного интервала длин волн, в котором оценивается величина потока излучения. Обычно шаг, на который изменяется величина длины волны равен 10 нм. Что позволяет с высокой степенью точности производить измерения спектра любых излучений. Более точные спектрофотометры, применяемые для исследовательских целей, могут производить измерения спектра и в более узких интервалах равных 5 нм и 1 нм, однако точность будет являться излишней при использовании в полиграфии.

Спектральный диапазон это диапазон в пределах которого может работать спектрофотометр. Для большинства случаев в полиграфии оценивается спектр светового излучения в видимом диапазоне длин волн от 380 до 730 нм. Для некоторых случаев бывает необходимым оценить ультрафиолетовую и инфракрасную составляющую излучения. Спектрофотометры измеряют только спектр излучения. Все остальные характеристики рассматриваются по спектральным данным.

Межприборная согласованность — это разброс измеряемых значений одного и того же образца, измеряемого с помощью эталонного и исследуемого прибора.

Повторяемость определяет точность измерений, которые осуществляются теми же операторами при нескольких измерениях одинаковыми приборами одних и тех же образцов.