專利名稱：應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于光輻射定標領域定標儀器，具體是用作超光譜遙感類、生物醫學類光電探測系統的定標光源。
背景技術：
在光輻射定標領域，定標各類光電探測設備常使用的光源是積分球光源，積分球光源一般使用溴鎢燈、氙燈等作為發光介質，這類光源工作在寬譜段的模式下，光源的光譜精細結構與被定標儀器所觀測目標的光譜精細結構不匹配，影響定標的精度。使用基于LED等發光介質的積分球光源，可以實現目標光譜的模擬，但在超光譜應用中，受限于LED種類及光譜帶寬的限制，在模擬目標光譜的精細結構方面有待提高。傳統的積分球光源，工作在寬譜段的模式下，積分球光源的輻射度量，需要使用燈板系統進行標準傳遞，其初級標準是溯源于標準黑體，該標準傳遞方法不確定度大約在19T5%的量級。精度較高的標準傳遞方法是溯源于低溫絕對輻射計，基于標準探測器的傳遞方法，可以有效降低定標不確定度，但要求光源在單色光模式下進行輻射度量。
發明內容
本發明目的就是為了克服已有技術的缺陷，提供一種能夠精確、快速模擬目標光譜，光源的輻射量可以精確度量，適用于超光譜應用的超光譜光譜可編程定標光源系統。本發明是通過以下技術方案實現的:
應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:包括光源，光源的前方光路上依次擺放有準直系統、準直物鏡、色散元件，準直物鏡的光入射端和光出射端分別設有濾光片、柱透鏡耦合系統，柱透鏡耦合系統后方設有狹縫，狹縫設在準直物鏡的物方焦點處，色散元件的前方光路上依次設有成像系統、數字微鏡器件(DMD)，數字微鏡器件調制后的有用光的光路上依次設有光收集透鏡、光纖耦合器，光纖耦合器連接積分球，積分球上安裝有分光輻射計，數字微鏡器件調制后的垃圾光的光路上依次設有聚焦系統、垃圾光收集器；光源發出的光經過濾光片，選擇用戶所需的工作波段，經過準直系統和柱透鏡耦合系統后照明狹縫，從狹縫出射的光經準直物鏡準直后再經過其后的色散元件、成像系統，分光譜地成像在數字微鏡器件上，經過數字微鏡器件的空間光調制，選擇所需的波長及強度信息，經過有用光收集系統和光纖耦合器，導入到積分球中，積分球上安裝監視分光輻射計，通過光譜模擬程序和監視分光輻射計，進行反饋控制，模擬出目標光譜；垃圾光經過垃圾光收集器消除。被測儀器對準積分球出口進行定標。所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的光源采用溴鎢燈、氙燈、白光激光器等寬波段光源。所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的狹縫可更換，狹縫最大寬度0.5mm，兼顧不同應用中，高光譜模擬準確度或高光通量要求。所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的準直物鏡為透射式系統，光闌外置，共6個透鏡，共使用三種光學玻璃材料，鏡頭在40(Tl000nm范圍內復消色差。所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的色散元件采用棱鏡，棱鏡工作在最小偏轉角。所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的成像系統的成像鏡頭為透射式系統，共5個透鏡，三種光學材料，光闌位置和權利要求4所述外置光
闌重合。所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的積分球有三個開口，一個開口用于收集調制后的有用光，作為輸入口 ；一個開口安裝監視用分光輻射計；上述兩個開口位置不影響定標設備觀測出光口，第三個開口用作出光口，提供均勻面光源。所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的垃圾光收集器為腔形結構，內置倒椎，表面進行黑色陽極化處理。所述的數字微鏡器件，使用TI公司生產的商品化數字微鏡器件(DMD)，DMD可工作在三種狀態下:“開”、“關”和“平”狀態，用于空間光反射式調制。本發明的優點是:
按照光譜儀的原理，利用色散元件，實現光譜細分，借助于DMD靈活的調制功能和光譜模擬算法，實現目標光譜的模擬。系統光譜分辨率越高，光譜模擬準確度越高，光譜精細結構模擬越精確，有利于降低定標過程中，光譜非匹配引入的不確定度。另一方面，所述的光源系統，可以工作在(準)單色模式下，可以借助于溯源于低溫絕對輻射計，基于標準探測器的標準傳遞方法，準確地對光源進行輻射度量，有利于提高定標精度。
圖1是本發明的工作原理圖。圖2是本發明的光譜模擬算法流程圖。
具體實施例方式應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統是一種基于空間光調制器的光譜可調光源系統，主要針對超光譜遙感類、生物醫學類光電探測系統的高精度定標需求而設計的一種新型定標光源。本發明的系統原理圖見圖1。本發明中，寬波段的光源1，經過濾光片2，獲得所需的光譜波段。將寬波段的光源經過準直系統3準直后，再由柱透鏡4聚焦到狹縫5上。在本發明中，狹縫的寬度決定光源系統的光譜分辨率，也直接決定了光譜模擬的準確度。狹縫越窄，光譜分辨率越高，光譜模擬越準確，但光通量也相應地降低，狹縫越寬，光譜分辨率越低，光譜模擬準確度相應降低，但光通量提高。
本發明中，采用可更換狹縫的方式，兼顧光譜模擬高準確度和高光通量的要求。狹縫5位于其后準直系統6的物方焦點處。通過狹縫5的光束，經過準直鏡頭6準直，照明在色散元件7上。本發明中，采用棱鏡作為色散元件7。寬譜帶準直光束經過棱鏡色散后，同波長光譜組分平行出射，經過后面成像系統8，分光譜成像在數字微鏡器件(DMD) 9上，相當于將狹縫5分光譜地成像在了 DMD 9上。此時，各光譜組分就對應DMD 9上的行(列)像元，稱為光譜維，DMD上列(行)的像元就對應該光譜成分的強度，稱為強度維。光譜維和強度維需要利用高分辨率分光輻射計進行定標，獲得光譜維上波長和DMD 9行(列)編號的對應信息和強度維上的強度分布信息。控制光譜維DMD 9像元的“開”、“關”，實現光譜組分的選擇；控制強度維DMD 9像元的“開”、“關”像元數目，實現強度的高低調制。將DMD 9調制后的有用光譜信息，經過光收集透鏡10，直接聚焦或通過光纖耦合器11導入積分球12中。利用獲得的光譜定標信息和強度定標信息，借助于光譜模擬算法，模擬出所需的光譜信息，算法流程見圖2。首先將目標光譜信息輸入計算機中，利用光譜模擬程序A模塊計算所需的波長信息及對應的強度量值，即開哪些列(行)DMD像元，開多少個。利用監視分光輻射計13實時采集光譜，得到的光譜稱為瞬時光譜，將瞬時光譜和目標光譜比對，反饋給光譜模擬算法B模塊，再進行精細微調，直到結果滿足要求為止。光譜模擬結束后，待定標儀器14對準積分球出口，進行光輻射定標。對經過DMD 9調制后“關”狀態的垃圾光，通過聚焦透鏡15聚焦在垃圾光收集器16中。本發明光源的輻射度量可使用經過定標的分光輻射計獲得，待定標儀器14對準積分器出口觀測，利用該輻射度量已知的光源，實現對待定標儀器14的輻射定標。
權利要求
1.應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:包括光源，光源的前方光路上依次擺放有準直系統、準直物鏡、色散元件，準直物鏡的光入射端和光出射端分別設有濾光片、柱透鏡耦合系統，柱透鏡耦合系統后方設有狹縫，狹縫設在準直物鏡的前焦點處，色散元件的前方光路上依次設有成像系統、數字微鏡器件，數字微鏡器件調制后的有用光的光路上依次設有光收集透鏡、光纖耦合器，光纖耦合器連接積分球，積分球上安裝有分光輻射計，數字微鏡器件調制后的垃圾光的光路上依次設有聚焦系統、垃圾光收集器；光源發出的光經過濾光片，選擇用戶所需的工作波段，經過準直系統一和柱透鏡耦合系統后照明狹縫，從狹縫出射的光經準直物鏡準直后再經過其后的色散元件、成像系統，分光譜地成像在數字微鏡器件上，經過數字微鏡器件的空間光調制，選擇所需的波長及強度信息，經過有用光收集系統和光纖耦合器，導入到積分球中，積分球上安裝監視分光輻射計，通過光譜模擬程序和監視分光輻射計，進行反饋控制，模擬出目標光譜；垃圾光經過垃圾光收集器消除。
2.根據權利要求1所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的光源采用溴鎢燈、氙燈、白光激光器等寬波段光源。
3.根據權利要求1所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的狹縫可更換，狹縫最大寬度0.5_，兼顧不同應用中，高光譜模擬準確度或高光通量要求。
4.根據權利要求1所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的準直物鏡為透射式系統，光闌外置，共6個透鏡，共使用三種光學玻璃材料，鏡頭在40(Tl000nm范圍內復消色差。
5.根據權利要求1所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的色散元件采用棱鏡，棱鏡工作在最小偏轉角。
6.根據權利要求1所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的成像系統的成像鏡頭為透射式系統，共5個透鏡，三種光學材料，光闌位置和權利要求4所述的外置光闌重合。
7.根據權利要求1所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的積分球有三個開口，一個開口用于收集調制后的有用光，作為輸入口 ；一個開口安裝監視用分光輻射計；上述兩個開口位置不影響定標設備觀測出光口，第三個開口用作出光口，提供均勻面光源。
8.根據權利要求1所述的應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，其特征在于:所述的垃圾光收集器為腔形結構，內置倒椎，表面進行黑色陽極化處理。
全文摘要
本發明公開了一種應用于超光譜定標的光譜可編程光源系統，包括光源，光源的前方光路上依次擺放有濾光片、準直系統、柱透鏡耦合系統、狹縫、準直物鏡、色散元件，色散元件的前方光路上依次設有成像系統、數字微鏡器件，數字微鏡器件調制后的有用光的光路上依次設有光收集透鏡、光纖耦合器，光纖耦合器連接積分球，積分球上安裝有分光輻射計，通過光譜模擬程序和監視分光輻射計，進行反饋控制，模擬出目標光譜；數字微鏡器件調制后的垃圾光的光路上依次設有聚焦系統、垃圾光收集器，垃圾光被消除。本發明可以精確模擬目標光譜，減少定標光源光譜和目標光譜非匹配對定標結果的影響；本發明對輻射量進行精確度量，有利于提高傳感器的光輻射定標精度。
文檔編號G01J3/10GK103196555SQ201310081668
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者翟文超, 鄭小兵, 陸俊樺, 徐駿, 丁蕾, 李新, 吳浩宇 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所