吴梦添， 王庆康

(上海交通大学薄膜与微细技术教育部重点实验室，上海200240)

0 引言

光谱仪是一种用于测量宽范围电磁波谱中光波长的设备，利用色散光学元件(棱镜或光栅)可以获取测试光的光谱数据，从而分析出光源、样品的光学特性和物质的成分信息，广泛应用在工业检测、食品安全、环境监控等领域［1-4］。虽然光谱仪的功能很多，但商业光谱仪的价格昂贵，难以普及被普通群众使用。为了通过简单的条件和设备就能模拟出光源的可见光光谱分布，王军等［5］提出了用智能手机拍摄透射光栅分光后的光谱图，并用灰度公式模拟光谱分布，同时设计的简易光谱仪可以应用到教学实验当中。本文在此基础上，改进了简易光谱仪的结构，同时通过标定相机的亮度响应曲线改进了实现光谱分布的算法，从而使最终模拟出的光谱分布更加准确。最后，用设计出的光谱仪测试了各种颜色LED产品，得到LED光源的光谱分布，从而可以根据蓝光分量峰值判断LED产品对人眼有无危害。

1 消费级相机光谱仪设计

1.1 消费级相机光谱仪原理

消费级相机光谱仪原理图如图1所示，根据透射光栅分光原理实现。透射光栅的分光公式［6］如下:

入射光以角度θi入射到周期为a的透射光栅上，从光栅透射出的m级衍射光出射角度为θm。根据式(1)，存在0级和1级衍射光(2级及以上强度很弱可以忽略)。实验需要的是1级衍射光，因为不同波长的1级衍射光会有不同的出射角，如380 nm的1级衍射紫光的出射角大于780 nm的1级衍射红光，所以1级衍射光的光谱被RGB相机记录后，可以提取出测试光源可见光范围的光谱图，其中测试光源的可见光光谱信息就包含在记录的光谱图的像素信息中。……