一種色溫可調(diào)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(diào)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(tǒng)以及主控系統(tǒng)；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(tǒng)設置在小積分球出光口下方；主控系統(tǒng)分別與選光組件、光譜采集系統(tǒng)、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(diào)黑體光源。
【專利說明】-種色溫可調(diào)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(diào)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(diào)光源。

【背景技術】
[0002] 光是由光源發(fā)出的。凡是能發(fā)射紫外線、可見光、紅外線等各種電磁福射的物質(zhì)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(fā)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(nèi)、 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(jīng)常使用。但一款色溫調(diào)節(jié)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(xù)調(diào)節(jié)的方 法，該白光L邸燈色溫調(diào)節(jié)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(fā) 光強度，W激發(fā)=基色巧光粉，實現(xiàn)色溫和光通連續(xù)可調(diào)。此方法僅僅是實現(xiàn)色溫的簡單調(diào) 節(jié)，無法完成普朗克福射體譜線形狀的調(diào)節(jié)。
[0004] 中國專利申請200910036845. 5公開了一種色溫可調(diào)L邸燈及其色溫調(diào)節(jié)方法，該 L邸燈是通過紅綠藍L邸燈群通過自身CPU內(nèi)部算法，利用調(diào)節(jié)不同顏色L邸燈群的發(fā)光亮 度，實現(xiàn)色溫和亮度的調(diào)整。此方法也僅僅是實現(xiàn)色溫的簡單調(diào)節(jié)，無法完成普朗克福射體 譜線形狀的調(diào)節(jié)。
[0005] 中國專利申請201110389680. 7公開了一種LED色溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，該方法是 利用微處理器和具有兩個驅(qū)動模塊的恒流驅(qū)動單元、由不同的色溫的兩個L邸模塊組成的 L邸發(fā)光單元，其主要亮點在于通過恒流驅(qū)動單元實現(xiàn)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(xù)的譜線形狀如 普朗克公式的絕對黑體譜線。
[0006] 要實現(xiàn)在300?1100皿波長范圍內(nèi)，2500K到10000K色溫范圍內(nèi)能量可調(diào)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(nèi)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(diào)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(diào)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(tǒng)W及主控系統(tǒng)；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(tǒng)設置 在小積分球出光口下方；所述主控系統(tǒng)分別與選光組件、光譜采集系統(tǒng)、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(diào)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(tǒng)采用海洋光學的MYA2000型光纖光譜儀。
[0012] 本實用新型的優(yōu)點是：
[0013] 本實用新型先利用主控系統(tǒng)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(tǒng)進行采集記錄，并錄入數(shù)據(jù)庫中，方便后 續(xù)色溫匹配的調(diào)用。
[0014] 本實用新型考慮到氣燈和面鶴燈的穩(wěn)定度和高能量，超越傳統(tǒng)的利用L邸進行色 溫匹配的光源能量不高、穩(wěn)定性不夠的缺點，實現(xiàn)了較強功率、高穩(wěn)定度的色溫調(diào)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(wěn)定的氣燈、面鶴燈光 源譜線中提取較為連續(xù)、平滑、穩(wěn)定的譜線，為后續(xù)色溫匹配算法提供了流暢的子函數(shù)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(xiàn)了穩(wěn)定光譜的提取，并為后續(xù)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(diào)節(jié)的精度和 穩(wěn)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(shù)據(jù)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(nèi)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(tǒng)探測能力檢測系統(tǒng)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(tǒng)；11-主控系 統(tǒng)。

【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(diào)黑體光源，該色溫可調(diào)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(tǒng)10、主控系統(tǒng)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(tǒng)10設置在小積分球2出光口下方；所述主控系統(tǒng)11分別與選光組件6、光 譜采集系統(tǒng)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(diào)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(diào)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(shù)譜線。
[0031] 光譜采集系統(tǒng)選用海洋光學的MAYA2000型光纖光譜儀。
[0032] 主控系統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)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(tǒng)，若用戶需要多少色溫的普朗 克曲線，那么主控系統(tǒng)便會根據(jù)所需普朗克曲線的形式進行相關可變光闊的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后 整個光源所能輸出的譜線形式是用光譜采集系統(tǒng)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(diào)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(wěn)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(diào)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(xiàn)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(xiàn)氣燈光源650nm W上波長，譜線多處次峰的有效抑制，也可實現(xiàn)根據(jù) 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(wěn)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(qū)域，提取所需 光譜能量，利用最小二乘擬合法，于積分球1內(nèi)部實現(xiàn)2600K?9800K黑體福射曲線的基本 融合，在積分球2內(nèi)完成所擬合光譜的均勻輸出。高斯譜型濾光片的具體參數(shù)見表1，其中 屯、波長W及半高寬的選擇具有相應規(guī)律的，即要保證相鄰波段具有交疊區(qū)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(chǎn)生較為平滑的譜線，最終實現(xiàn)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(diào)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(tǒng)以及主控系統(tǒng)；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(tǒng)設置在小積分球出光口下方；所述主控系統(tǒng)分別與選光組 件、光譜采集系統(tǒng)、氙燈光源、齒鎢燈光源相連。
2. 根據(jù)權利要求1所述的色溫可調(diào)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(diào)整輸入大積分球的能量和 譜線形狀。
3. 根據(jù)權利要求2所述的色溫可調(diào)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(jù)權利要求1或2或3所述的色溫可調(diào)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(jù)權利要求4所述的色溫可調(diào)黑體光源，其特征在于：所述光譜采集系統(tǒng)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(yōu)先權日:2014年11月14日
【發(fā)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