一種色溫可調黑體光源的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種色溫可調黑體光源，包括大積分球、小積分球、氙燈光源、光纖分束器、鹵鎢燈光源、選光組件、可變光闌、光譜采集系統以及主控系統；大積分球與小積分球通過可變光闌相連；氙燈光源通過光纖分束器與大積分球相連；鹵鎢燈光源與大積分球相連；光纖分束器與大積分球之間設置選光組件；鹵鎢燈光源與大積分球之間設置選光組件；光譜采集系統設置在小積分球出光口下方；主控系統分別與選光組件、光譜采集系統、氙燈光源、鹵鎢燈光源相連。本實用新型提供了一種能夠準確、可靠、便于操作的色溫可調黑體光源。
【專利說明】-種色溫可調黑體光源
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于光學檢測領域，設及一種色溫可調黑體光源，尤其設及一種針對 300nm?llOOnm近似絕對黑體普朗克曲線形式的可調光源。
【背景技術】
[0002] 光是由光源發出的。凡是能發射紫外線、可見光、紅外線等各種電磁福射的物質都 可稱為光源，其中又有自然光源和人造光源之分。常見的自然光源有太陽光、晝空、夜空、月 和星等，人造光源的范圍更廣，包括熱福射或溫度福射光源、氣體放電光源、固體發光光源、 激光器等各種類型，還有蠟燭、油燈、火焰、電弧等也屬于人造光源。在光源中黑體是一種能 利用較為簡單的公式直接表述的一種光源，它又稱為普朗克福射體或完全福射體，屬于熱 福射或溫度福射類型。絕對黑體的光譜分布特性可W由普朗克公式確定。黑體是實驗室內、 實驗室之間相互比對的標準，具有舉足輕重的作用。在光學計量、光學測試中的應用非常廣 泛，尤其在星等模擬、彩色定標、相機福射度定標方面都經常使用。但一款色溫調節范圍廣 泛、譜線形狀標準的黑體光源卻不易獲得。
[0003] 中國專利申請201010172593. 1公開了一種白光L邸燈色溫和光通連續調節的方 法，該白光L邸燈色溫調節方法是通過涂有S基色巧光粉的燈筒，利用兩個UVL邸巧片的發 光強度，W激發=基色巧光粉，實現色溫和光通連續可調。此方法僅僅是實現色溫的簡單調 節，無法完成普朗克福射體譜線形狀的調節。
[0004] 中國專利申請200910036845. 5公開了一種色溫可調L邸燈及其色溫調節方法，該 L邸燈是通過紅綠藍L邸燈群通過自身CPU內部算法，利用調節不同顏色L邸燈群的發光亮 度，實現色溫和亮度的調整。此方法也僅僅是實現色溫的簡單調節，無法完成普朗克福射體 譜線形狀的調節。
[0005] 中國專利申請201110389680. 7公開了一種LED色溫調節系統及方法，該方法是 利用微處理器和具有兩個驅動模塊的恒流驅動單元、由不同的色溫的兩個L邸模塊組成的 L邸發光單元，其主要亮點在于通過恒流驅動單元實現色溫的改變，最終輸出配比后的色 溫。但此種方法依舊是通過兩種不同色溫譜段進行色溫匹配，不能輸出連續的譜線形狀如 普朗克公式的絕對黑體譜線。
[0006] 要實現在300?1100皿波長范圍內，2500K到10000K色溫范圍內能量可調的絕對 黑體光源，在星等模擬、彩色定標、相機福射度定標等方面具有廣泛的需求。 實用新型內容
[0007] 為了解決【背景技術】中存在的上述技術問題，本實用新型提供了一種能夠準確、可 靠、便于操作的一種色溫可調黑體光源。
[000引本實用新型的技術解決方案是；本實用新型提供了一種色溫可調黑體光源，其特 征在于；包括大積分球、小積分球、氣燈光源、光纖分束器、面鶴燈光源、選光組件、可變光 闊、光譜采集系統W及主控系統；所述大積分球與小積分球通過可變光闊相連；所述氣燈 光源通過光纖分束器與大積分球相連；所述面鶴燈光源與大積分球相連；光纖分束器與大 積分球之間設置選光組件；面鶴燈光源與大積分球之間設置選光組件；光譜采集系統設置 在小積分球出光口下方；所述主控系統分別與選光組件、光譜采集系統、氣燈光源、面鶴燈 光源相連。上述選光組件包括設在積分球上的電控可變光闊與高斯譜型濾光片，電控可變 光闊用于調整輸入大積分球的能量和譜線形狀。
[0009] 上述大積分球共有11個入口，1個出口，入口用于接收氣燈、面鶴燈光能，出口用 于將勻化后的光能輸出至小積分球。
[0010] 上述光纖分束器為1路分7路石英光纖束。
[0011] 上述光譜采集系統采用海洋光學的MYA2000型光纖光譜儀。
[0012] 本實用新型的優點是：
[0013] 本實用新型先利用主控系統控制各電控可變光闊逐步掃描完成不同位置對應不 同譜線及能量的一一映射關系，通過光譜采集系統進行采集記錄，并錄入數據庫中，方便后 續色溫匹配的調用。
[0014] 本實用新型考慮到氣燈和面鶴燈的穩定度和高能量，超越傳統的利用L邸進行色 溫匹配的光源能量不高、穩定性不夠的缺點，實現了較強功率、高穩定度的色溫調整能力。
[0015] 本實用新型首次使用高斯譜型濾光片，此類濾光片可W從穩定的氣燈、面鶴燈光 源譜線中提取較為連續、平滑、穩定的譜線，為后續色溫匹配算法提供了流暢的子函數模 型，方便利用最小二乘逼近法完成色溫匹配。
[0016] 本實用新型利用氣燈前端和面鶴燈后端譜線，從300皿?650皿每隔100皿使用 7種高斯譜型濾光片從氣燈中進行光譜選擇，從650nm?llOOnm每隔200nm使用4種高斯 譜型濾光片從面鶴燈中進行光譜選擇，最終實現了穩定光譜的提取，并為后續色溫的匹配 奠定了基礎。
[0017] 本實用新型中使用了高重復定位精度的電控可變光闊，提高了色溫調節的精度和 穩定度。
[0018] 本實用新型中使用了高精度、高靈敏度的光纖光譜儀作為最終光譜數據的采集， 提高了結果的可靠性。
[0019] 本實用新型中使用了紫外增強型的氣燈，提高了紫外波段能量的幅度，并且在積 分球內壁使用了紫外波段高反射率的涂層，在高色溫情況下具有顯著能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是本實用新型所提供的空間光學系統探測能力檢測系統的結構示意圖；
[0021] 圖2是本實用新型中選光組件的結構示意圖；
[0022] 圖3是本實用新型中所采用氣燈和面鶴燈的光譜福射度曲線圖；
[0023] 圖4是本實用新型高斯譜型濾光片光譜透過率曲線圖
[0024] 其中；
[0025] 1-大積分球；2-小積分球；3-氣燈光源；4-光纖分束器；5-面鶴燈光源；6-選光 組件；7-電控可變光闊；8-高斯譜型濾光片；9-可變光闊；10-光譜采集系統；11-主控系 統。
【具體實施方式】
[0026] 參見圖1，本實用新型提供了一種色溫可調黑體光源，該色溫可調黑體光源包括大 積分球1、小積分球2、氣燈光源3、光纖分束器4、面鶴燈光源5、選光組件6、可變光闊9、光 譜采集系統10、主控系統11 ;所述大積分球1與小積分球2通過可變光闊9相連；所述氣燈 光源3通過光纖分束器4與大積分球1相連；所述面鶴燈光源5與大積分球1相連；光纖分 束器3與大積分球1之間設置選光組件6 ;面鶴燈光源5與大積分球1之間設置選光組件 6 ;光譜采集系統10設置在小積分球2出光口下方；所述主控系統11分別與選光組件6、光 譜采集系統10、氣燈光源3、面鶴燈光源5相連。
[0027] 大積分球共有11個入口，1個出口，入口用于接收氣燈、面鶴燈光能，出口用于將 勻化后的光能輸出至小積分球。
[0028] 氣燈光源3選用紫外增強型光源，紫外端能量會有顯著提高。
[0029] 光纖分束器為1路分7路石英光纖束。
[0030] 參見圖2,選光組件6包括電控可變光闊7與高斯譜型濾光片8,用于調整輸入大 積分球的能量和譜線形狀。電控可變光闊重復定位精度可達lum，提高了色溫可調黑體光源 的精度。高斯譜型濾光片的透過率曲線為類高斯分布形狀，便于通過11路類高斯光譜分布 曲線獲取目標函數譜線。
[0031] 光譜采集系統選用海洋光學的MAYA2000型光纖光譜儀。
[0032] 主控系統是用來控制可變光闊運動的，其具體的算法封裝于主控系統內部，簡單 的說就是有一個控制軟件，其反饋信息來源于光譜采集系統，若用戶需要多少色溫的普朗 克曲線，那么主控系統便會根據所需普朗克曲線的形式進行相關可變光闊的調節，調節后 整個光源所能輸出的譜線形式是用光譜采集系統進行采集反饋的。若所輸出曲線有所出 入，則再次進行迭代運算重新調整，直到獲取滿足需求的譜線。
[0033] 本實用新型主要利用選光組件6中的電控可變光闊7與高斯譜型濾光片8對穩定 工作下的氣燈光源3、面鶴燈光源5進行能量W及譜型的自動選擇，最終通過大積分球1、小 積分球2進行勻化，獲得了一種可調色溫的黑體光源。氣燈和面鶴燈的光譜福射度曲線如 圖3所示，氣燈在短波方向能量較強，但長波處有多處次峰，面鶴燈在長波方向能量較強， 兩種燈互相補充，可W實現300?lOOOnm波段的光譜融合。通過電控可變光闊與高斯譜型 濾光片配合，可W實現氣燈光源650nm W上波長，譜線多處次峰的有效抑制，也可實現根據 面鶴燈光源在紅端顯著增幅光譜特性的選通。該樣，既利用了紫外增強型氣燈光源短波部 分的有效能量，又利用了面鶴燈光源在長波部分的穩定能量。另外，通過設計類高斯透過率 的高斯譜型帶通濾光片（濾光片光譜透過率曲線見圖4)，在不同光譜分段區域，提取所需 光譜能量，利用最小二乘擬合法，于積分球1內部實現2600K?9800K黑體福射曲線的基本 融合，在積分球2內完成所擬合光譜的均勻輸出。高斯譜型濾光片的具體參數見表1，其中 屯、波長W及半高寬的選擇具有相應規律的，即要保證相鄰波段具有交疊區域，另外，由于高 斯譜型的透過率曲線都非常平滑，更利于最終11個光路產生較為平滑的譜線，最終實現不 同色溫黑體光源的融合。
[0034] 表 1
[0035]
【權利要求】
1. 一種色溫可調黑體光源，其特征在于：包括大積分球、小積分球、氙燈光源、光纖分 束器、鹵鎢燈光源、選光組件、可變光闌、光譜采集系統以及主控系統；所述大積分球與小 積分球通過可變光闌相連；所述氣燈光源通過光纖分束器與大積分球相連；所述齒鶴燈光 源與大積分球相連；光纖分束器與大積分球之間設置選光組件；齒鶴燈光源與大積分球之 間設置選光組件；光譜采集系統設置在小積分球出光口下方；所述主控系統分別與選光組 件、光譜采集系統、氙燈光源、齒鎢燈光源相連。
2. 根據權利要求1所述的色溫可調黑體光源，其特征在于：所述選光組件包括設在積 分球上的電控可變光闌與高斯譜型濾光片，電控可變光闌用于調整輸入大積分球的能量和 譜線形狀。
3. 根據權利要求2所述的色溫可調黑體光源，其特征在于：所述大積分球共有11個入 口，1個出口，入口用于接收氙燈、鹵鎢燈光能，出口用于將勻化后的光能輸出至小積分球。
4. 根據權利要求1或2或3所述的色溫可調黑體光源，其特征在于：所述光纖分束器 為1路分7路石英光纖束。
5. 根據權利要求4所述的色溫可調黑體光源，其特征在于：所述光譜采集系統采用海 洋光學的MAYA2000型光纖光譜儀。
【文檔編號】H05B35/00GK204206520SQ201420685159
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】胡丹丹, 薛勛, 趙建科, 趙懷學, 張潔, 昌明, 徐亮, 劉峰, 陳永權, 段亞軒, 田留德, 李坤, 龍江波, 潘亮, 賽建剛, 周艷, 高斌 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所