一種利用熒光傳感器探測激發光譜特征的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供的探測激發光譜特征的方法和利用該方法制得的光色傳感器裝置，在激發光譜和熒光材料組成的RGB數據庫支撐下，其功能相比現有的光譜測量儀器得到很大的拓展。本發明的目的是提供一種新的探測激發光譜特征的方法和運用該方法設計的新型光色傳感器裝置，從而更簡單、更低成本將傳統的各種照度計、亮度計、色差計等(濾光片+光電傳感器)積分式的儀表的測量能力向分光儀器功能延伸，通過數據庫及其算法匹配，使其具備一定范圍內的分光能力，具備類似光柵分光儀器的功能，使其能夠分辨透過濾光片的光色的光譜成分。
【專利說明】
一種利用熒光傳感器探測激發光譜特征的方法及裝置
技術領域
[0001 ]本發明屬于光輻射測量領域，涉及一種對激發光譜特征識別的方法，該方法主要用于探測自紫外線波長200nm至可見藍綠光波長515nm范圍的光譜特征，以區分來自不同波段的光譜和光譜峰值及帶寬，并且測量其強度。
【背景技術】
[0002]光輻射實際是物體以電磁波的形式與外界能量交換的方式，輻射的光譜特征與物體的內在特征有密切的關系，例如幾乎所有材料都有自身的特征光譜，所有物體的內在結構差異都能在輻射或吸收光譜上得到體現，不管有機或無機材料，因此光譜測量技術幾乎在所有領域都找到自己的應用。這里重點涉及紫外到可見光的探測技術探索，而光柵分光方法是現有技術公認的最精確的測量方法，光柵分光方法從19世紀中葉發展到20世紀中葉得到完善，日趨成熟。傳統光柵分光器件組成的光路較為復雜，通常體積偏大(焦距通常在300-500mm)，重量較重(30KG左右)，價格昂貴(4-30萬人民幣)。近30年來，隨著CCD線陣發展，開始開發焦距為50-100mm的掌上光譜儀，光路構架與傳統本質上無異，以CCD線陣為接收器，去除傳統機械掃描部分，重量降到了 500g左右，低端以CMOS線陣為接收器的產品價格有所下降，高端的依然很貴，性能上在眾多領域和場合也滿足了要求(盡管無法達到傳統方法的精度)。還有一種技術:光電積分技術。例如各種波段的照度計(UVC，UVB，UVA，可見光)、亮度計和色差計(通常采用RGB積分方法)，這些裝置沒有分光光柵，而是用濾光片+光電接收器的結構，無法測量光譜分布，但可以測量通過濾光片的光譜在接收器上響應的積分總量，分量輕體積小，便于攜帶，在只需要測量某波段光譜能量總和而不需要測量光譜能量分布的場合都可以勝任測量工作。精度受帶通濾光片的光譜透過率和接收器光譜響應曲線的影響，兩者匹配精度越好，測量精度越高，但無論如何都無法區分透過濾光片部分光譜的能量分布。色差計最典型的是模擬人眼視覺的XYZ(RGB)曲線的3組(濾光片+光電接收器)，實際采用3個不同照度計構成色差計系統，由于濾光片與光電接收器的匹配精度問題(一般〉5% )，不能滿足大多數光源顏色坐標的精確測量，盡管如此，卻可以區分兩種顏色之間的差異。因為結構簡單，性能穩定，使用方便，照度計和色差計的應用非常廣泛。
[0003]本發明采用一種新的光學結構，類似于照度計或色差計，只是在濾光片和光電接收器之間插入一層熒光材料層，即(濾光片+熒光材料層+光電接收器)，光電接收器為色彩傳感器-RGB傳感器，而實際上，每個RGB傳感器都是一個色差計。而關鍵的中間層-熒光材料，已有近70年的發展歷史，品種多達一百多種，最常見的是熒光燈、高壓汞燈的熒光材料，俗稱熒光粉，也有UVC，UVB和UVA為激發源的各種熒光材料，在顯示領域CRT熒光材料也有非常多不同性能的熒光粉，至今30多年來，節能燈(屬UVC熒光材料)和LED(藍光400-500nm激發熒光材料)的發展也取得長足進步。這些非常普遍的熒光材料不僅有自己非常不同的發射光譜，也有自己不同的激發光譜(很少被關注)，本發明正是研究熒光材料在激發光譜上的變化，帶來發射光譜上的差異，選擇合適的濾光片，配合RGB傳感器，通過探測發射譜的RGB積分能量值的分布關系，結合數據庫標定可計算激發光譜分布特征和強度，結果比較精確可靠。通過多個這樣部件的組合，形成對廣范圍波長的激發光譜探測，由于幾乎可以封裝成非常小而且牢固的器件(體積可以控制在10x10x10mm3以內)，能夠方便和智能設備、網絡設備連接，可配置成分布式應用，配合不同熒光材料和濾光片組合就形成可探測不同光譜波段的傳感模塊。以下簡稱為熒光傳感器。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種新的探測激發光譜特征的方法和運用該方法設計的新型光色傳感器裝置，從而更簡單、更低成本將傳統的各種照度計、亮度計、色差計等(濾光片+光電傳感器)積分式的儀表的測量能力向分光儀器功能延伸，通過數據庫及其算法匹配，使其具備一定范圍內的分光能力，具備類似光柵分光儀器的功能，使其能夠分辨透過濾光片的光色的光譜成分。
[0005]人們過去大多關注熒光材料能發出怎樣的光譜，很少關注他們在激發光譜發生變化時，發射光譜在分布和強度上的細微變化，本申請的發明人正是研究熒光材料在激發光譜上的變化帶來發射光譜的差異，選擇恰當范圍的濾光片，構造該范圍內由不同敏感程度的熒光材料組成的熒光層，配合合適的RGB傳感器，就能讓激發光譜分布特征和強度的差異被測量出來。例如，激發光由Al，A2，A3組成，焚光層由BI，B2兩種材料組成，Al激發BI得到Blal，激發B2得到B2al，⑴當Al透過部分也能落在RGB傳感器的測量范圍時，RGB傳感器表達的是(xl.Al+yl.Blal+zl.B2al)的顏色結果，同理 A2 得到(x2.A2+y2.Bla2+z2.B2a2)，A3 對應結果(13.厶3+73.13133+23.13233)，11，71，2142，72，22，13，73，23由激發的量子效率決定，這樣就有基準譜A1B1B2、A2B1B2、A3B1B2三條光譜曲線組成一定形態的混合光譜，RGB具備色差測量能力，通過比較事先準備好的AiBlB2組成的RGB數據庫，找出最接近的單元，就能知道激發光譜來自Ai，如果A1A2A3同時激發，依賴數據庫，通過算法模擬RGB累積效果，找出最接近的匹配值，推算激發光譜A1A2A3的強度值，即得到激發光譜分布結果。通過權重配置，即得到該混合光譜的能量分布曲線。⑵當A透過部分不落在RGB傳感器的測量范圍時(RGB傳感器對A光譜不敏感，這時需要挑選熒光材料BI和B2對激發譜段有不同的敏感程度或者量子效率)，RGB傳感器表達是(yl.Blal+zl.B2al)的顏色結果，同理A2得到(y2.Bla2+^2&2)，厶3對應結果(73.81&3+23.82&3)，71，21，72，22，，y3，z3由激發的量子效率決定，這樣就有基準譜不同強度組合的BI和B2三條光譜曲線組成一定形態的混合光譜，RGB具備色差測量能力，通過比較事先準備好的B1B2組成的RGB數據庫，找出最接近的單元，就能知道激發光譜來自Ai，如果A1A2A3同時激發，依賴數據庫，通過計算機模擬RGB累積效果，找出匹配最接近的解，推算激發光譜A1A2A3的強度值，即得到激發光譜分布結果。通過各個系數權重配置光譜分布，即得到該混合光譜的能量分布曲線。(3)由于單個RGB接收器只能獲得一組3元方程的解，也就是最多獲得3段光譜分布的組合方式，那么單從方程求解角度看，如果3段以上的光譜組合將無法獲得精確解，解決的方案有兩種:A.增加一組或多組濾光片將波段進一步細分，獲得更多更精細的光譜分布;B.另一種方案是根據發光體實際狀況，實際上已知的光源品種是有限的，幾十種而已，每種光源的光譜分布都有自身典型的分布特點(因為每種光源都基于特定的發光材料和發光方式，光譜也是具備特定規律。)，針對每種光源特征建立一個庫單元，最后組成光源特征庫，每種光源建立一個光譜重組模型，可以用數學方法通過重組每種光源在不同情況下的光譜分布，因此將這些有限的光源分布組合輸入RGB計算模型內，同樣可以模擬出最佳匹配解，即為該光源在該波段的光譜分布。
[0006]通過以上陳述可知，本發明探測激發光譜特征的方法，有兩個關鍵之處:在測量范圍內，熒光材料組合具備對激發光譜不同波長敏感程度或曲線不同，可以是一種或多種熒光材料的混合體;制作該熒光材料與激發光譜組成的RGB庫。與以往的照度計、色差計、分光光譜儀不同，從功能上看，照度計和色差計只能測量積分值，精度依賴濾光片和接收器的匹配精度，分光光譜儀可直接測量光譜能量分布，指示結構復雜價格高。采用本發明的測試原理和方法制得的光色傳感器裝置，在激發光譜和熒光材料組成的RGB數據庫支撐下，其功能相比現有的光譜測量儀器得到很大的拓展。
[0007]為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下:一種激發光譜探測方法，該方法包括如下步驟:
[0008]1、制備熒光傳感器:用一片或多片光學材料、一層或多層光學材料涂層，構成帶通或截止濾光片，在濾光片下面放置熒光材料組成的能夠被透過濾光片的光譜激發出熒光的熒光膠片或者熒光材料涂層，在熒光膠片或者熒光材料涂層下設置一塊色彩RGB傳感器；
[0009]2、相應地在一定光譜范圍內，用單色儀或其他分光手段產生等間隔和帶寬的單色光，投射到步驟I所述的熒光傳感器，得到一系列與單色光波長對應的RGB數據組，如果RGB傳感器對激發光譜不敏感，那么RGB數據將是熒光材料的RGB數據，如果RGB傳感器同樣對激發光譜敏感，RGB數據將是透過熒光層的激發光譜與被其激發的熒光材料的混合RGB數據，將這些數據按規律排列存儲，形成該光譜范圍內的光譜數據RGB基準庫(以下稱RGB數據庫)；
[0010]3、將被測光A照射到熒光傳感器接收面，經過濾光片后透過光譜為B，B激發熒光材料產生熒光發射光譜C(以下稱熒光光譜均指C)和激發光B透射熒光層后光譜稱為Bt(以下稱激發光透射光譜均指Bt)，色彩RGB傳感器產生由Bt和C混合光譜的RGB信號RxGxBx，通過已知的RGB數據庫與RxGxBx匹配模擬運算，得到激發光譜B的分布特征。
[0011 ]進一步，所述的步驟2，測量濾光片對激發光譜的透過分布曲線，根據測量精度要求按一定波長間隔分割激發光譜，每個間隔用于激發以上所述的熒光材料層，得到一系列與波長對應的RGB數據RiGiBi與波長Ai組合為一個數據庫。所述的步驟2，可替代的方案B是，將現有不同類型的光源，通過A方案的光譜掃描方式獲得一系列的RiGiBi與波長Ai對應的數據集組合，另外增加了對每種光源光譜演變特征和規律的限定及數學描述方法，避開A方案可能存在的多解問題，同時更精確地獲得光源3段以上的光譜分布組合。步驟3中，所述的激發光透射光譜Bt是B直接透過熒光材料層不參與熒光激發余下的部分B，其光譜分布同B只是強度衰減。所述的濾光片或濾光片組，用于決定透過的光譜范圍。
[0012]所述的熒光材料制作的膠片或者熒光材料涂層，熒光材料的組合可以是一種或多種，熒光材料層能被透過的光譜激發，產生熒光光譜。熒光材料對這一范圍的光譜激發是有效的，而且有不同的激發效率或者有差別的熒光光譜，通過熒光材料的發射光譜C和激發光譜Bt的混合RGB出激發光譜的特征。進一步，所述的熒光材料涂層或膠片，可以做成膠片，也可以涂覆在透光的材料上，還可以直接涂覆在濾光片激發光透過面;所述的熒光材料可以是單種或多種熒光材料的組合。
[0013]所述的色彩傳感器為接收器或接收組件，接收熒光材料發射光譜和透過的激發光譜直接或間接輻射到的范圍，該傳感器可以是集成的接收器或者幾個獨立的接收器組成。
[0014]所述的熒光材料涂層，可以在一組濾光片下有多個涂層單元，每個涂層單元發光區域放置一個接收器，而每個涂層單元有不同類型的熒光材料組成。
[0015]所述的熒光傳感器，可以在在色彩傳感器受光面先涂覆熒光層再涂覆或放置濾光層，這樣不僅讓傳感器小型化，而且提高生產和裝配效率。
[0016]本發明提供的一種激發光譜探測裝置，包括熒光傳感器、光譜數據RGB基準庫、數據采集處理模塊和顯示模塊，數據采集處理讀取熒光傳感器的RGB數據和光譜數據RGB基準庫的數據匹配運算，判定激發光譜的分布特征和強度并傳輸至顯示模塊顯示或打印。
[0017]進一步，上述激發光譜探測裝置，所述的熒光材料涂層或膠片，可以是一層膠片，也可以涂覆于透光的材料上，還可以涂覆于濾光片激發光透過面。
[0018]進一步，上述激發光譜探測裝置，所述的色彩傳感器為光電轉換接收器或接收組件，接收熒光光譜C和透過的激發光譜Bt，可以是帶有濾色片的RGB傳感器或RGB傳感器陣列。
[0019]本發明的有益效果:
[0020]本發明提供的一種激發光譜探測方法和裝置在濾光片帶寬比較寬的情況下，仍能獲得對透過濾光片光譜分布進行測量，不僅可以減少濾光片的種類，還可以使探測范圍更寬，使原先只有積分性能的光輻射探測器，具備一定的分光性能。例如，原來從波長200nm-400nm測量，分成3組探頭，S卩UVC(200-275nm)、UVB(275-320nm)、UVA(320-400nm)，至少3組(濾光片組+光電接收器)，濾光片很難控制帶寬，采用本發明方法只要一組(濾光片+熒光材料層+RGB接收器)即可，而光譜分布的波長分辨精度可達10nm，使整個探測性能大幅度提高，成本大幅度下降。同樣探測400-500nm的光譜也只需一組(濾光片+熒光材料層+RGB接收器)，光譜分布分辨能力精度可達10nm。通過RGB數據庫，獲得特定的激發光譜特征信息，從而確定是某波段的射線強度。在微電子十分發達的今天，運算和存儲的成本都非常低，本發明的測試裝置件可以把尺寸縮小到毫米級別，十分方便可以單獨作為一個傳感器部件，嵌入儀器儀表或設備中，作為一個探測器件廣泛使用。讓原來類似的測量儀器只有在實驗室才有，通過本發明的傳感器應用，無論成本或尺寸、重量，都適合作為一個傳感器部件，應用到需要的場合。光不僅用于照明，也在其他領域特別生物醫療農業方面得到廣泛的應用，光生物學近年來得到前所未有的發展，正是在這樣的背景下，本發明的傳感器可植入各種場合或網絡，通過云為需要的人隨時服務。對于顯示屏的圖像顯示，應用本發明的傳感器可測試顯示屏RGB比例，確定屬于哪類背光光源(只有確定哪類光源，才可校準到最佳狀態)，選擇相應的校正模型，將顯示效果調整到所需要的結果；有幾種情況需要校正:使用時間久了，背光衰退導致的顯示誤差；多屏之間顯示不一致，調整到一致；出廠校準;顯示與圖像輸出不一致，校準到一致。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的熒光傳感器4種基本結構和形式示意圖。
[0022]圖2為本發明的UVAUVB UVC熒光傳感器最基本結構示意圖，濾光片取200_400nm，熒光膠片用3種熒光材料作為感光部分，RGB傳感器區分熒光RGB強度。
[0023]圖3本發明的可見藍光測量典型的熒光傳感器結構示意圖，濾光片采用410-510nm，熒光膠片可以用YAG、氮化物、硅酸鹽等LED熒光材料。
[0024]圖4為本發明利用熒光傳感器探測激發光譜的方法流程圖。
[0025]附圖標記說明:
[0026]IA-入射光譜，B-經過濾光片過濾后透過的光譜，C-由B激發產生的熒光光譜，Bt-未參與熒光激發直接透過熒光膠片的B光譜部分，(RxGxBx)-分別是RGB傳感器對(Bt和C)混合光譜產生的RGB值。
[0027]2A是被測光譜，通過一塊透過200-400nm光譜的濾光片讓UVA，UVB，UVC透過，其他截止，B代表了 A中的紫外線成份，熒光膠片被B激發出可見熒光C，Bt是未參與激發直接透過熒光層的部分B，RGB傳感器只能將可見熒光C轉化為RGB值:Rx，Gx，Bx。RxGxBx可被采集電路轉化為數字信號，送交需要的處理電路。
[0028]3A是被測光譜，通過一塊透過400-510nm光譜的濾光片讓藍光透過，其他截止，B代表了 A中的藍色成份，熒光膠片被B激發出可見熒光C，Bt是未參與激發直接透過熒光層的部分B，由于Bt也是可見光，RGB傳感器將可見焚光C和未參與激發直接透過的部分藍光Bt的混合光譜轉化為RGB值:Rx，Gx，Bx。RxGxBx可被采集電路轉化為數字信號，送交需要的處理電路。
[0029]4A為入射光譜，含有能夠將熒光膠片激發出熒光的光譜成份B，經過濾光片過濾后，B成份通過濾光片，其他部分光譜被截止，因此濾光片作用是將B光譜從A光譜中篩選出來，B激發熒光膠片產生熒光光譜C，Bt則是B中沒有參與激發熒光膠片直接穿透膠片的B光譜部分，通常膠片濃度低Bt比例高，濃度高Bt比例低，RGB傳感器則是測量Bt和C混合譜的RGB值，即為Rx Gx Bx，通過對B光譜中不同譜段(例如從400-5 1nm每1nm作為一個譜段Ai)建立Rxi Gxi Bxi與譜段Ai相對應的RGB熒光數據庫，查閱比對，通過運算找出最接近光譜B效果的光譜組合，從而逆向推算出B激發光譜的能量分布特征。
[0030]為了進一步闡明本發明熒光傳感器的原理和效果，以探測藍光波段(400-510nm)和紫外波段(200_400nm)為例。
【具體實施方式】
[0031 ]實施例1制作一個單探頭實現UV波長(200nm-400nm)的能量分布測量
[0032]如圖2所示，構造一個(200nm-400nm)紫外照度計，單個傳感器探頭實現整個波段的測量。
[0033]紫外UV的分類方法是這樣的，200nm-275nm定義為UVC，275nm_320nm定義為UVB，320nm-400nm定義為UVA，UVC能直接殺滅細菌同樣能破壞人體細胞組織，UVB促進動物D3吸收及骨骼生長但也使人的皮膚曬傷，UVA能促進動物進食也能讓人的皮膚老化，紫外線需要利用也需要防護。太陽光由于大氣層的遮擋，UVC無法到達地面，而UVB，UVA較強，大多數人造光源都可能有一定紫外線，不管利用還是防護紫外都需要通過測量結果去評估。利用熒光傳感器制作紫外照度計，同時獲得UVC，UVB，UVA的能量值，相比傳統方法，成本要低很多。
[0034]濾光片采用紫外玻璃一片透過200nm-400nm;選擇集成RGB傳感器作為接收器(在一塊芯片上集成RGB三種顏色接受單元)，藍光敏感單元B對應波長范圍420-540nm，峰值460nm，濾光敏感單元G對應波長范圍480_620nm，峰值545nm，紅光敏感單元R對應波長范圍530-710nm，峰值610nm;選擇熒光材料制作熒光涂層，我們用Y203:Eu做為UVC的接收熒光敏感材料，在UVC照射下獲得RGB值定義為Re,Gc1Bc,通常Re約為96%，Ge約為4%，Be基本為O % ；用MgA111016: (Ce，Tb)作為UVC和UVB同時敏感的熒光材料，在UVC和UVB照射下獲得的RGB值為Rcb，Gcb，Bcb，通常Rcb為 10 %，Gcb為75 %，Bcb為 15 % ；用(Ba，Mg)Al 16027: Eu作為UVC-UVB-UVA敏感的熒光材料，在三者的作用獲得RGB值為Rcba，Gcba，Bcba，通常Rcba為0%，Gcba為15%，Bcba為85%，按一定比例將以上三種熒光材料混合均勻，涂覆在一片玻璃片上形成適當厚度的熒光涂層;在入射光A同軸方向，依次放置濾光片、熒光涂層、RGB集成傳感器，濾光片透過部分B的波長為200-400nm，B照射熒光涂層產生熒光C，部分B直接透過熒光涂層稱為Bt，由于所用的RGB傳感器對B波段光譜不敏感，實際RGB傳感器接收的信息就是C光譜的RGB值RxGxBx，通常熒光涂層調整到UVC紫外254nm激發下C的顏色成白光，此時Rx約24%，Gx約40%，Bx約36% ;這時UVB照射獲得RGB值百分比約R:G:B = 8:40:52;只有UVA照射時獲得RGB值百分比約R: G: B = 0: 15:85。由于RGB傳感器的R: G: B強烈依賴激發波長的變化，那么在200-400nm波段之間用一定間隔(20nm)譜段Ai去標定熒光涂層的RGB值獲得相應的RiGiBi，形成與激發波長Ai對應的RiGiBi數據庫。熒光傳感器的工作過程如下，入射光為Az時，經過濾光片后為Bz紫外線，Bz激發熒光涂層使RGB傳感器接收到的RGB值為RxGxBx，在數據庫中尋找與之最近RiGiBi值，如果匹配度很高即確認Bz為波段，如果匹配度不高則用二元以上多元匹配解，獲得一組不同λ?，組成Bz光譜分布，即RGB值總強度則是各個譜段強度之和，ai為各譜段的強度貢獻系數，以入1)、6(入1)、8(入1)是數據庫中對應\1的!^6181Rx= Eai*R(Ai),Gx= Eai*G(Ai),Bx= Eai*B(Ai)，分別累計 UVC、UVB、UVA 光譜段的強度值，就相應得到三者的輻射照度值。雖然運算過程復雜，需要計算機輔助求解，但是其結構卻非常簡單，通過熒光材料優化和計算模型合理匹配，達到由于傳統的精度，其成本可控制在原來的10%，體積可縮小到幾毫米大小。適合作為嵌入式系統傳感器部件植入，完全數字化，微型化。
[0035]而傳統方法無法用一組濾光片分離三者的能量比，經常是用三組濾光片，加三個光電池得到UVCUVBUVA的值。在很多工業檢測或照明、醫療檢測，我們都需要對紫外線進行分辨應用和防護，例如殺菌消毒，動物養殖，人體光生物學研究和應用等等，本發明的低成本大解決方案，使紫外測量儀器應用得到普及成為可能，紫外利用和防護更為科學化。
[0036]實施例2:構造LED藍光測量裝置:測量410-51 Onm的藍光特征。
[0037]如圖3所示，構造一個測量LED藍光光譜特征傳感器探頭。
[0038]LED是發光二極管的簡稱，LED發明至今已經有60多年的歷史了，但是作為適用于照明的白光LED卻是近幾年的事情，白光LED的發光原理是通過LED的PN結中心發射波長為420-480nm藍光，該藍光投射到外層的熒光材料涂層發出綠色到紅色的熒光光譜，同時有部分藍光未參加激發而直接透過熒光涂層，與LED激發出綠色到紅色的熒光光譜，一起合成人眼看到的白光，因此，LED的白光分兩部分:一部分來自熒光粉發出的熒光光譜，另一部分則是穿透熒光涂層后的LED藍光;LED之所以如此重要，是因為它突破了固有傳統發光的機理，它是半導體發光器件，給眾多科學家注入了前所未有的想象力。
[0039]然而，藍光的發光效率因PN結發熱而下降，因PN結發熱藍光發生光譜偏移和帶寬增加引起LED發光顏色不穩定，藍光光譜特征變化的只是宏觀表象，根本的原因是LED的PN結溫度發生了變化，散熱設計成了 LED光源的核心設計之一，似乎LED整個核心光和熱都與藍光有密切關聯，從藍光測量入手，意味著可以遠距離非接觸去了解LED的內部工作狀態，更安全更快捷更準確。
[0040]本實例選擇濾光片采用一片透過410nm-490nm的藍色玻璃作為濾光片，讓LED藍光透過其他截止；選擇集成RGB傳感器作為接收器(在一塊芯片上集成RGB三種顏色接受單元)，藍光敏感單元B對應波長范圍420-540nm，峰值460nm，濾光敏感單元G對應波長范圍480-620nm，峰值545nm，紅光敏感單元R對應波長范圍530-7 1nm，峰值6 1nm;選擇熒光材料YAG熒光粉+硅膠制作熒光膠片;傳感器布置在光的入射方向，依次為濾光片-熒光膠片-RGB接收器，三者同軸布置;RGB數據庫的建立，在410-490nm光譜范圍內，每間隔5nm用單色波長λ?去照射熒光傳感器，RGB接收器產生相應的RGB值RiGiBi，形成與激發波長Ai對應的RiGiBi數據庫。熒光傳感器測量基本過程如下，LED入射光為Az時，經過濾光片后為Bz藍光，Bz激發熒光涂層使RGB接收器產生RGB值為RxGxBx，在數據庫中尋找與之最近RiGiBi值，如果匹配度很高即確認Bz為波段，如果匹配度不高則用二元以上多元匹配解，獲得一組不同λ?，組成Bz光譜分布，即RGB值總強度則是各個譜段強度之和，ai為各譜段的強度貢獻系數，R(λi)、G(λi)、B(λi)是數據庫中對應λi的RiGiBi，Rx=Σai*R(λi)，Gx=Σai*G(λi)，Bx= Eai*B(Ai)，有強度系數ai和構成了LED藍光的光譜分布，即完成對藍光光譜特征的測量。對三元以上求解需要借助計算機輔助計算求解，參考以上提出解決3段以上光譜組合的解決方案:A方案和B方案。
[0041 ]由于對藍光的應用研究是研究LED光源的核心問題，從藍光的光譜可以推斷LED工作的很多微觀參數，例如LED結溫，就與藍光變化有密切關聯，而結溫直接影響發光效率和壽命，同時引起顏色的變化。因此，透徹研究藍光是LED研究的重點，本發明給帶來廣大照明工程師一種便捷高效開發和診斷工具，為設計的效果和可靠性提供有相當價值的判斷方法。
【主權項】
1.一種激發光譜能量分布的探測方法，該方法包括如下步驟: 1)制備熒光傳感器:用一片或多片光學材料、一層或多層光學材料涂層，構成帶通或截止濾光片，在濾光片下面放置熒光材料組成的能夠被透過濾光片的光譜激發出熒光的熒光膠片或者熒光材料涂層，熒光膠片或熒光材料涂層構成熒光涂層單元，在熒光膠片或者熒光材料涂層下設置一塊色彩RGB傳感器； 2)相應地在一定光譜范圍內，用單色儀或其他分光手段產生等間隔和帶寬的單色光，投射到步驟I)所述的熒光傳感器，得到一系列與單色光波長相對應的RGB數據組，如果RGB傳感器對激發光譜不敏感，那么RGB數據將是熒光材料的RGB數據，如果RGB傳感器同樣對激發光譜敏感，RGB數據將是透過熒光層的激發光譜與被其激發的熒光材料的混合RGB數據，將這些數據按規律排列存儲，形成該光譜范圍內的光譜數據RGB基準庫； 3)將被測光A照射到熒光傳感器接收面，經過濾光片后透過光譜為B，B激發熒光材料產生熒光發射光譜C和激發光透射光譜Bt，色彩RGB傳感器產生由Bt和C混合光譜的RGB信號RxGxBx，通過已知的RGB數據庫與RxGxBx匹配模擬運算，得到激發光譜B的分布特征。2.如權利要求1所述的激發光譜探測方法，其特征在于:所述的步驟2)中測量透過濾光片的光譜能量分布，根據測量精度要求按一定波長間隔分割激發光譜得到單色光波長λ?，λi激發以上所述的熒光材料層，得到一系列與波長Ai對應的RGB數據RiGiBi ,RiGiBi與波長λi對應的數據集組合為一個數據庫。3.如權利要求1所述的激發光譜探測方法，其特征在于:步驟2)將現有不同類型的光源通過光譜掃描方式獲得一系列的RiGiBi與波長對應的數據集組合，另外增加對每種光源光譜演變特征和規律的限定及數學描述方法，得到這類光源作為激發光譜的精確能量分布。4.如權利要求1所述的激發光譜探測方法，其特征在于:所述的濾光片或濾光片組，用于決定透過的光譜范圍。5.如權利要求1所述的激發光譜探測方法，其特征在于:所述的色彩傳感器為接收器或接收組件，接收熒光材料發射光譜和透過的激發光譜直接或間接輻射到的范圍，該傳感器是集成的接收器或者幾個獨立的接收器組成。6.如權利要求1所述的激發光譜探測方法，其特征在于:所述的熒光材料涂層在一組濾光片下至少有一個由不同類型的熒光材料組成的熒光涂層單元，每個熒光涂層單元發光區域放置一個接收器。7.如權利要求1所述的激發光譜探測方法，其特征在于:所述的熒光傳感器在色彩傳感器受光面先涂覆熒光層再涂覆或放置濾光層。8.—種激發光譜探測裝置，包括熒光傳感器、光譜數據RGB基準庫、數據采集處理模塊和顯示模塊，數據采集處理讀取熒光傳感器的RGB數據和光譜數據RGB基準庫的數據匹配運算，判定激發光譜的分布特征和強度并傳輸至顯示模塊顯示或打印。9.如權利要求8所述的激發光譜探測裝置，其特征在于:所述的熒光材料涂層涂覆于透光的材料上，或涂覆于濾光片激發光透過面。10.如權利要求8所述的激發光譜探測裝置，其特征在于:所述的色彩傳感器為光電轉換接收器或接收組件，接收熒光光譜C和透過的激發光譜Bt;色彩傳感器是帶有濾色片的RGB傳感器或RGB傳感器陣列。11.如權利要求1所述的激發光譜探測方法，其特征在于:所述的熒光材料為一種或多種熒光材料的混合物，其中至少有一種材料對激發光譜敏感。
【文檔編號】G01J3/44GK105910708SQ201610075147
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月3日
【發明人】麥長
【申請人】麥長