一种色温可调黑体光源及其色温调节方法
【专利摘要】本发明提供了一种色温可调黑体光源，包括大积分球、小积分球、氙灯光源、光纤分束器、卤钨灯光源、选光组件、可变光阑、光谱采集系统以及主控系统；大积分球与小积分球通过可变光阑相连；氙灯光源通过光纤分束器与大积分球相连；卤钨灯光源与大积分球相连；光纤分束器与大积分球之间设置选光组件；卤钨灯光源与大积分球之间设置选光组件；光谱采集系统设置在小积分球出光口下方；主控系统分别与选光组件、光谱采集系统、氙灯光源、卤钨灯光源相连。本发明提供了一种能够准确、可靠、便于操作的一种色温可调黑体光源及其色温调节方法。
【专利说明】一种色温可调黑体光源及其色温调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学检测领域，涉及一种色温可调黑体光源及其色温调节方法，尤其 涉及一种针对300nm?IlOOnm近似绝对黑体普朗克曲线形式的可调光源及其色温调节方 法。
【背景技术】
[0002] 光是由光源发出的。凡是能发射紫外线、可见光、红外线等各种电磁辐射的物质都 可称为光源，其中又有自然光源和人造光源之分。常见的自然光源有太阳光、昼空、夜空、月 和星等，人造光源的范围更广，包括热辐射或温度辐射光源、气体放电光源、固体发光光源、 激光器等各种类型，还有蜡烛、油灯、火焰、电弧等也属于人造光源。在光源中黑体是一种能 利用较为简单的公式直接表述的一种光源，它又称为普朗克辐射体或完全辐射体，属于热 辐射或温度辐射类型。绝对黑体的光谱分布特性可以由普朗克公式确定。黑体是实验室内、 实验室之间相互比对的标准，具有举足轻重的作用。在光学计量、光学测试中的应用非常广 泛，尤其在星等模拟、彩色定标、相机辐射度定标方面都经常使用。但一款色温调节范围广 泛、谱线形状标准的黑体光源却不易获得。
[0003] 中国专利申请201010172593. 1公开了一种白光LED灯色温和光通连续调节的方 法，该白光LED灯色温调节方法是通过涂有三基色荧光粉的灯筒，利用两个UVLED芯片的发 光强度，以激发三基色荧光粉，实现色温和光通连续可调。此方法仅仅是实现色温的简单调 节，无法完成普朗克辐射体谱线形状的调节。
[0004] 中国专利申请200910036845. 5公开了一种色温可调LED灯及其色温调节方法，该 LED灯是通过红绿蓝LED灯群通过自身CPU内部算法，利用调节不同颜色LED灯群的发光亮 度，实现色温和亮度的调整。此方法也仅仅是实现色温的简单调节，无法完成普朗克辐射体 谱线形状的调节。
[0005] 中国专利申请201110389680. 7公开了一种LED色温调节系统及方法，该方法是 利用微处理器和具有两个驱动模块的恒流驱动单元、由不同的色温的两个LED模块组成的 LED发光单元，其主要亮点在于通过恒流驱动单元实现色温的改变，最终输出配比后的色 温。但此种方法依旧是通过两种不同色温谱段进行色温匹配，不能输出连续的谱线形状如 普朗克公式的绝对黑体谱线。
[0006] 要实现在300?IlOOnm波长范围内，2500K到10000K色温范围内能量可调的绝对 黑体光源，在星等模拟、彩色定标、相机辐射度定标等方面具有广泛的需求。
【发明内容】
[0007] 为了解决【背景技术】中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能够准确、可靠、便 于操作的一种色温可调黑体光源及其色温调节方法。
[0008] 本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种色温可调黑体光源，其特征在于： 包括大积分球、小积分球、氣灯光源、光纤分束器、齒鹤灯光源、选光组件、可变光阑、光谱米 集系统以及主控系统；所述大积分球与小积分球通过可变光阑相连；所述氙灯光源通过光 纤分束器与大积分球相连；所述齒鹤灯光源与大积分球相连；光纤分束器与大积分球之间 设置选光组件；齒钨灯光源与大积分球之间设置选光组件；光谱采集系统设置在小积分球 出光口下方；所述主控系统分别与选光组件、光谱米集系统、氣灯光源、齒鹤灯光源相连。
[0009] 上述选光组件包括设在积分球上的电控可变光阑与高斯谱型滤光片，电控可变光 阑用于调整输入大积分球的能量和谱线形状。
[0010] 上述大积分球共有11个入口，1个出口，入口用于接收氙灯、卤钨灯光能，出口用 于将勻化后的光能输出至小积分球。
[0011] 上述光纤分束器为1路分7路石英光纤束。
[0012] 上述光谱采集系统采用海洋光学的MAYA2000型光纤光谱仪。
[0013] 一种色温可调黑体光源的色温可调方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
[0014] 1)点亮氙灯、卤钨灯光源，待其稳定；
[0015] 2)主控系统控制选光组件中的可变光阑分别开启，仅开启一个光阑，其余光阑关 闭；
[0016] 3)开启光阑按其最小步距进行运动，每运动一步光谱采集系统便采集一组辐照 度信息，光阑位置和辐照度信息一一对应，作为后续色温调节的初始数据，直到光阑全开为 止；
[0017] 4)重复步骤2)、3)，分别对每个选光组件对应的光源进行初始数据采集，采集的 辐照度信息都寄存在主控系统内部数据库中；
[0018] 5)为主控系统输入需要获取光源的色温值，主控系统根据普朗克公式计算相应色 温下对应的黑体辐射光谱能量分布曲线并进行归一化处理；
[0019] 6)主控系统根据计算得到的光谱辐射出射度函数以及内部数据库中的数据，根据 最小二乘法得到最优解，最优解实际对应的就是每个电控光阑所对应的光阑位置；
[0020] 7)主控系统根据计算得到的光阑位置，发出控制指令，驱动各个光阑移动到位；
[0021] 8)通过光纤光谱仪测试小积分球内（即小积分球出光口处）光谱辐照度，并与所 需要的目标绝对黑体光谱辐照度进行比对，进入精细调节环节；
[0022] 9)主控系统根据获得的实际曲线的误差，微量调整各光阑位置，直到获得光谱辐 照度曲线与目标绝对黑体光谱辐照度曲线误差小于5 %，结束微量调整环节，至此，整个色 温调整环节结束。
[0023] 上述步骤5)中普朗克公式如下式所示：
【权利要求】
1. 一种色温可调黑体光源，其特征在于：包括大积分球、小积分球、氙灯光源、光纤分 束器、卤钨灯光源、选光组件、可变光阑、光谱采集系统以及主控系统；所述大积分球与小 积分球通过可变光阑相连；所述氙灯光源通过光纤分束器与大积分球相连；所述齒钨灯光 源与大积分球相连；光纤分束器与大积分球之间设置选光组件；齒鹤灯光源与大积分球之 间设置选光组件；光谱采集系统设置在小积分球出光口下方；所述主控系统分别与选光组 件、光谱米集系统、氣灯光源、齒鹤灯光源相连。
2. 根据权利要求1所述的色温可调黑体光源，其特征在于：所述选光组件包括设在积 分球上的电控可变光阑与高斯谱型滤光片，电控可变光阑用于调整输入大积分球的能量和 谱线形状。
3. 根据权利要求2所述的色温可调黑体光源，其特征在于：所述大积分球共有11个入 口，1个出口，入口用于接收氙灯、卤钨灯光能，出口用于将匀化后的光能输出至小积分球。
4. 根据权利要求1或2或3所述的色温可调黑体光源，其特征在于：所述光纤分束器 为1路分7路石英光纤束。
5. 根据权利要求4所述的色温可调黑体光源，其特征在于：所述光谱采集系统采用海 洋光学的MAYA2000型光纤光谱仪。
6. -种色温可调黑体光源的色温可调方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： 1) 点亮氙灯、卤钨灯光源，待其稳定； 2) 主控系统控制选光组件中的可变光阑分别开启，仅开启一个光阑，其余光阑关闭； 3) 开启光阑按其最小步距进行运动，每运动一步光谱采集系统便采集一组辐照度信 息，光阑位置和辐照度信息一一对应，作为后续色温调节的初始数据，直到光阑全开为止； 4) 重复步骤2)、3)，分别对每个选光组件对应的光源进行初始数据采集，采集的辐照 度信息都寄存在主控系统内部数据库中； 5) 为主控系统输入需要获取光源的色温值，主控系统根据普朗克公式计算相应色温下 对应的黑体辐射光谱能量分布曲线并进行归一化处理； 6) 主控系统根据计算得到的光谱辐射出射度函数以及内部数据库中的数据，根据最小 二乘法得到最优解，最优解实际对应的就是每个电控光阑所对应的光阑位置； 7) 主控系统根据计算得到的光阑位置，发出控制指令，驱动各个光阑移动到位； 8) 通过光纤光谱仪测试小积分球内（即小积分球出光口处）光谱辐照度，并与所需要 的目标绝对黑体光谱辐照度进行比对，进入精细调节环节； 9) 主控系统根据获得的实际曲线的误差，微量调整各光阑位置，直到获得光谱辐照度 曲线与目标绝对黑体光谱辐照度曲线误差小于5 %，结束微量调整环节，至此，整个色温调 整环节结束。
7. 根据权利要求6所述的色温可调黑体光源的色温可调方法，其特征在于：所述步骤 5)中普朗克公式如下式所示：
其中：My为绝对黑体的光谱辐射出射度，单位为：W · CnT2 · μ πΓ1 ; λ为波长，单位为μ m ; T为绝对黑体的绝对温度，单位为κ(开尔文）； Ci = 2 Ji he2 = 3. 741844 X KT12W · cm2 为第一辐射常数； c2 = ch/k = I. 438833cm · K，为第二福射常数。
【文档编号】H05B35/00GK104378861SQ201410649745
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】胡丹丹, 薛勋, 赵建科, 赵怀学, 张洁, 昌明, 徐亮, 刘峰, 陈永权, 段亚轩, 田留德, 李坤, 龙江波, 潘亮, 赛建刚, 周艳, 高斌 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所