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揭開"光"的神秘面紗 光譜分析技術簡介
  • 發布年度:2012
  • 主要類別:車燈設計
  • 次要類別:電子報
  • 車輛研究測試中心 國際合作發展部 國際合作課 石茂俊


    光譜的發現
    遠在1663年時,牛頓就開始研究色與光的問題,並在三年後做了有名的三稜鏡光散射實驗,將一束太陽光經一塊三角形玻璃稜鏡折射後,在牆上分布成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等七色的彩色光帶;當再倒放一個三稜鏡於第一個三稜鏡後面時,各顏色又重新組合成為一束白光。牛頓將這種彩虹色帶命名為光譜 (Spectrum),並正確解釋了它的成因:日光原是各種色光混合而成的,由於各色光的折射率不同,所以通過三稜鏡時被色散開來。

    幾乎所有顏色的光,均可經由紅、綠、藍三種色光,以適當比例混合而生成,但這三種色光無法由其他單色光合成,故稱其為光的三原色。大部分的光是由不同波長的光源混合而成,而肉眼並無法分辨這些光的光譜,在可見光譜內 (一般而言,人眼之可見光波長範圍為380 ~ 780 nm),不同的波長會產生各種顏色的知覺,例如紫色大約在400 nm (10-9m) 左右,接著是藍色 (450 nm左右)、綠色 (500 nm左右)、黃橙色 (600 nm左右) 以及紅色 (700 nm及以上)等。如圖一所示。

    圖一、可見光頻譜(參考來源:richard.id.oit.edu.tw/egonomic_ppt/ch12.ppt)

    光譜分析量測
    綜合上述,為了可以量取某光源所散發之輻射能量光譜,分光輻射學乃因運而生,而此量測技術最主要在於獲得光源每單位波長下所含之輻射能量;因此,在進行量測前須先做分光的動作,此動作一般為將光源路徑經由稜鏡 (prism)折射後由散射光柵(diffraction grating)進行最後的色散,也就是一般講的「分光」,當輻射能量由特定之區域收集並分光後,必須要能讀取不同波長下之能量值,因此須透過適當之感測器得知能量大小。
    由前述得知光譜分析儀主要由下列4項基本單元所組成,其示意圖如圖二所示:
    (1) 光纖:由特定之區域(透過積分球)收集並傳送輻射能量至分光儀;
    (2) 分光儀 (monochromator):用以區分不同波段之輻射能量;
    (3) 感測器 (detector):量測不同波長光源之輻射能量;
    (4) 控制及記錄系統:用以定義收集數值並儲存。

    圖二、光譜分析儀基本架構(參考來源:http://www.bentham.co.uk/ )

    車輛中心於2011年8月完成光譜分析設備能量建置(圖3、圖4),目前可執行一般鹵素鎢絲燈泡、HID及LED等汽車用光源之光譜分析量測;除了可依據ECE R19、R37、R99、R112及R113執行有關光譜分析量測的部分之外,更可協助光源廠商用於開發光源初期即確認其光譜特性是否符合法規要求,希望可透過此能量之建立以提供業界開發各種先進光源之驗證。

    圖三、Gooch & Housego OL-756光譜分析儀(來源:使用手冊)

    圖四、39吋積分球

     
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    趙偉成   電話:04-7811222 分機2113
    石茂俊   電話:04-7811222 分機2308

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