專利名稱：光譜自校正光度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
光譜自校正光度計
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量光度、輻射度或/和色度量的儀器，尤其涉及一種光譜自校正 光度計。背景技術(shù)：
光度量包括光通量、照度、光強、亮度等，是評價光源、照明現(xiàn)場等十分重要的量值。
光度量考慮了人眼對光輻射的響應(yīng)，是光譜輻射功率與v(x)函數(shù)的加權(quán)積分值，v(x)函數(shù)
是國際照明委員會(CIE)標準光譜視效率函數(shù)。光度量中的光強單位"坎德拉"是七個國 際基本單位之一。
光度計是測量光度量的最常用和最基本的儀器，在光度計的光電傳感器件前安置濾光 片使光度計的光譜靈敏度曲線與V(X)函數(shù)曲線相匹配，從而使光電傳感器件在接收待測光 時所產(chǎn)生的電信號與待測光的光度量成正比，這種光度測量方法也可稱作"積分法"。光度 計的V(X)匹配程度是影響積分法測量精度的最關(guān)鍵因素之一，CIE用fi'來表示光度計的 失匹配程度。然而V(X)匹配對工藝的要求極高，實施成本較大。而且在光度計的實際測 量中，光度計的測量精度對被測光的光譜具有較強的依賴性，若被測光源與定標光源的光 譜相差較大，則即便是高精度光度探計，由光譜失匹配帶來的誤差也可能會有10%以上。
除了光度計之外，也可以使用光譜儀通過"分光法"來測量光度量。由光譜儀測得待 測光的絕對光譜功率分布，與V(X)函數(shù)加權(quán)后得到相應(yīng)的光度量。分光法不存在V(X)失 匹配問題，但該方法的缺點在于造價高、量值傳遞鏈長且光譜儀的光電傳感器件的線性 動態(tài)范圍一般較窄，存在非線性問題，此外光電傳感器件的穩(wěn)定度以及光譜儀內(nèi)部的雜散 光等因素也會影響其測量精度。
利用光譜儀測量待測光的相對光譜功率分布、并利用已知的光度計的相對光譜靈敏度 計算光譜校正值，并用該校正值校正光度計的測量值是比較好的光度方法。然而，現(xiàn)有的
實現(xiàn)光譜校正的光度測量裝置還存在以下問題-
在多數(shù)情況下，光度計和光譜儀往往采用不同的光學幾何裝置定標和測量，如使用光 強測量儀測量光源光強，而使用積分球系統(tǒng)測量光源的相對光譜功率分布，該測量方法不 適用于光譜功率分布會因時間或空間角度的不同而發(fā)生變化的被測光源；測量其它一般光 源時也因為測量幾何的不同而存在較大的隨機誤差和系統(tǒng)誤差；并且測量耗時、操作很不
3方便；
遠方公司發(fā)明的分光-積分相結(jié)合的光譜儀配備有參考光度探頭，光度探頭和光譜儀取 樣端(一般為光纖)在同一個測量幾何裝置的兩個光信號采集窗口同時采樣，這雖然能部 分降低上述測量誤差，但一方面兩個信號采集窗口會增加系統(tǒng)誤差因素，如雜散光，采樣 對準，積分球系統(tǒng)中多窗口對光學幾何的影響等；另一方面該方法不適用于空間各方向光 譜不同的光源(如LED、顯示屏等)；事實上在很多情況下，無法在測量幾何裝置開設(shè)兩 個采樣窗口，因此也就無法在同一個幾何裝置上測量。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有光輻射度量測量中的上述缺陷，本實用新型旨在提供一種光譜自校正光 度計，能夠大幅度減小光輻射測量對被測光源的光譜依賴性以及線性誤差等其它各類系統(tǒng) 誤差和隨機誤差，且克服了由被測光源的空間光譜功率分布不均勻和發(fā)光隨時間變化等帶 來的問題，具有很高的測量精度，且操作方便，易于實現(xiàn)，可應(yīng)用于各種光度系統(tǒng)中。
本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的，即光譜自校正光 度計，其特征在于包括入光口、光學分光鏡、光譜儀、硅光電池和信號處理與輸出單元；
上述的光學分光鏡是立方半透半反鏡，即光學分光鏡由兩塊直角棱鏡組成、其中一塊 的斜面上鍍半透半反膜，光學分光鏡位于入光口后，被測光束經(jīng)入光口入射到光學分光鏡， 光譜儀的取樣部件和硅光電池分別位于光學分光鏡的兩個出射光束光路中；
硅光電池的感光面前設(shè)置有濾色片，濾色片使硅光電池對入射入光口的被測光束響應(yīng) 的相對光譜靈敏度曲線與V(X)曲線相匹配；
處理光譜儀和硅光電池的測量信號并輸出測量結(jié)果的信號處理與輸出單電連接光譜儀 和硅光電池。
在本實用新型的光譜自校正光度計中，硅光電池和光譜儀同時測量同一束待測光，利 用光譜儀所測得的被測光源的光譜、已知硅光電池的光譜靈敏度可以求得硅光電池測量結(jié) 果的校正值，它能夠在硅光電池的濾色片光譜修正和光譜儀的測量精度本身都不需要很高 的條件下獲得精度很高的光輻射量值，對被測光源的光譜依賴性很小。
與多測量幾何、多光信號采樣窗口的測量方案相比，由光源不穩(wěn)定、光源空間光譜不 均勻、儀器狀態(tài)不穩(wěn)定、儀器對準等帶來的系統(tǒng)誤差和隨機誤差大大減小，測量重復性高， 且測量方便省時，單個光信號采集窗口的設(shè)計使光譜自校正光度計幾乎適用于任何光度系 統(tǒng)。而且在使用本實用新型的光譜自校正光度計可使用常規(guī)的標準燈定標；或者利用絕對 輻射計定標硅光電池對被測光束響應(yīng)的絕對光譜靈敏度，在這種定標方式下，絕對量值的 傳遞無需使用標準燈，而可直接溯源至國家實驗室的絕對輻射計，量值傳遞鏈較短，避免 了長量值傳遞鏈中的諸多不確定因素。
上述的分布光度計可以通過下一方案進一步限定和完善
上述的光信號采集裝置的入光口前端設(shè)置有漫射器一。
上述光譜儀的取樣部件和光學分光鏡之間設(shè)置有漫射器二。
上述的光譜儀是具有多通道陣列探測器的光譜儀。該類光譜儀一般具有毫秒級的測量 速度， 一方面能進一步提高本實用新型的光譜自校正光度計的測量速度；另一方面瞬態(tài)測 量更能適應(yīng)發(fā)光隨時間變化的被測光源。
在光學分光鏡的反射出射面對面的一個面也可以作為光束入射面，稱為備用光束入射 面，從備用光束入射面入射到光學分光鏡的光束也按固定比例地被分成兩束，從透射出射 面和反射出射面后射出。因此在備用光束入射面前設(shè)置備用入光口，備用入光口是可遮蔽 的，在不使用時處于遮蔽狀態(tài)。備用光束入光口可用于校準光信號采集裝置，使標準燈的 光束從備用光束入光口進入光學分光鏡后分別被光譜儀和硅光電池接收和測量。標準燈可 固定設(shè)置在備用入光口前，位于光學分光鏡中心和備用入光口中心的延長線上。
上述入光口可視作限制光闌。例如在使用本實用新型的光譜自校正光度計測量LED的 平均光強時，入光口的口徑面積為lcm2。
根據(jù)以上所述，本實用新型通過具有光學分光鏡使帶濾色片的硅光電池和光譜儀同時 測量同一束待測光，硅光電池的光譜修正和光譜儀本身的精度都無需很高，就可使大幅減 小由光譜失匹配帶來的誤差，且單個光信號采集窗口使整個測量的系統(tǒng)誤差和隨機誤差都 較小，操作方便省時，重復性高，幾乎可與任何光度系統(tǒng)相配合使用。

附圖1是本實用新型的光譜自校正光度計的一個實施例的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖的實施例對本實用新型作進一步具體說明
如圖l所示的光譜自校正光度計的示意圖，包括入光口7、光學分光鏡l、光譜儀2、 硅光電池3和信號處理與輸出單元4。光學分光鏡1為半透半反棱鏡，即光學分光鏡由兩 塊直角棱鏡組成、其中一塊的斜面上鍍半透半反膜。在入光口前安裝漫射器一IO，光學分光鏡1位于入光口 7后，被測光束經(jīng)入光口 7后入射到光學分光鏡1,被測光束的光軸與 光學分光鏡l的反射面成45°夾角。光譜儀2的取樣部件6設(shè)置在反射光束光路中取樣部 件6到光學分光鏡1之間還設(shè)置有漫射器二 8，該漫射器二 8為積分球，積分球收集的光 束經(jīng)光纖6輸入到光譜輻射計2，進行被測光的光譜測量。硅光電池3的感光面設(shè)置在透 射光束光路中，硅光電池3前的濾色片5使硅光電池3對入射入光口的光束的相對光譜響 應(yīng)度與V(X)函數(shù)相匹配，并且硅光電池3與其電子單元9相連。信號處理與輸出單元4用 于處理光譜儀2和硅光電池3的測量信號并輸出測量結(jié)果，它與光譜儀2和硅光電池3電 連接。信號處理與輸出單元4根據(jù)光譜輻射計的測量結(jié)果和已知硅光電池對被測光的光譜 靈敏度求得光度光譜校正因子，并校正硅光電池所測得的光度量。
同時在光學分光鏡1的反射出射面后具有備用光束入射面，在備用光束入射面前設(shè)置 可遮蔽的備用入光口20，在光學分光鏡1與備用入光口20的延長線上設(shè)置標準燈21,用 于校準反射光束和透射光束的比例。信號處理與輸出單元4根據(jù)光譜輻射計的測量結(jié)果和 己知硅光電池對被測光的光譜靈敏度求得光度光譜校正因子，并校正硅光電池所測得的光 度量。
權(quán)利要求1.光譜自校正光度計，其特征在于包括入光口(7)、光學分光鏡(1)、光譜儀(2)、硅光電池(3)和信號處理與輸出單元(4)；光學分光鏡(1)是由兩塊直角棱鏡組成且兩棱鏡相粘接的面上鍍半透半反膜的立方半透半反鏡，光學分光鏡(1)位于入光口(7)后，被測光束經(jīng)入光口(7)入射到光學分光鏡(1)，光譜儀(2)的取樣部件(6)和硅光電池(3)分別位于光學分光鏡(1)的兩個出射光束光路中；硅光電池(3)的感光面前設(shè)置有使硅光電池(3)對入射入光口(7)的被測光束產(chǎn)生響應(yīng)的相對光譜靈敏度曲線與V(λ)曲線相匹配的濾色片(5)；處理光譜儀(2)和硅光電池(3)的測量信號并輸出測量結(jié)果的信號處理與輸出單元(4)電連接光譜儀(2)和硅光電池(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜自校正光度計，其特征在于所述的入光口(7)前設(shè) 置有漫射器一(IO)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光譜自校正光度計，其特征在于所述的光學分光鏡 (1)與光譜儀(2)的取樣部件(6)之間設(shè)置有漫射器二(8)
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光譜自校正光度計，其特征在于所述的光譜儀(2) 是具有多通道陣列探測器的光譜儀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光譜自校正光度計，其特征在于光學分光鏡(l)的 反射出射面對面具有備用光束入射面，在備用光束入射面前設(shè)置可遮蔽的備用入光口 (20),在光學分光鏡(1)中心到備用入光口中心的延長線上設(shè)置有標準燈(21)。
專利摘要本實用新型公開了一種光譜自校正光度計，包括入光口、光學分光鏡、光譜儀和具有濾色片的硅光電池，光學分光鏡將被測光按固定比例至少分成兩束，一部分光束被光譜儀接收，另一部分光束被硅光電池接收，二者同時測得同一束被測光。本實用新型的光譜自校正光度計能大幅減小由光譜失匹配帶來的誤差，對被測光的光譜依賴性小，且克服了由被測光源的空間光譜功率分布不一致和發(fā)光隨時間變化等帶來的問題，測量的系統(tǒng)誤差和隨機誤差都相對較小，測量重復性高，可應(yīng)用于各種光輻射測量系統(tǒng)，測量多種重要的光輻射參數(shù)。
文檔編號G01J3/28GK201368770SQ20092011277
公開日2009年12月23日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者倩 李, 潘建根 申請人:杭州遠方光電信息有限公司