一种色温可调黑体光源的制作方法
【专利摘要】本实用新型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。本实用新型提供了一种能够准确、可靠、便于操作的色温可调黑体光源。
【专利说明】-种色溫可调黑体光源
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于光学检测领域，设及一种色温可调黑体光源，尤其设及一种针对 300nm?llOOnm近似绝对黑体普朗克曲线形式的可调光源。
【背景技术】
[0002] 光是由光源发出的。凡是能发射紫外线、可见光、红外线等各种电磁福射的物质都 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，包括热福射或温度福射光源、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，它又称为普朗克福射体或完全福射体，属于热 福射或温度福射类型。绝对黑体的光谱分布特性可W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、相机福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L邸灯色温和光通连续调节的方 法，该白光L邸灯色温调节方法是通过涂有S基色巧光粉的灯筒，利用两个UVL邸巧片的发 光强度，W激发=基色巧光粉，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，无法完成普朗克福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L邸灯及其色温调节方法，该 L邸灯是通过红绿藍L邸灯群通过自身CPU内部算法，利用调节不同颜色L邸灯群的发光亮 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，无法完成普朗克福射体 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L邸模块组成的 L邸发光单元，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?1100皿波长范围内，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、相机福射度定标等方面具有广泛的需求。 实用新型内容
[0007] 为了解决【背景技术】中存在的上述技术问题，本实用新型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。
[000引本实用新型的技术解决方案是；本实用新型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、面鹤灯光源、选光组件、可变光 阔、光谱采集系统W及主控系统；所述大积分球与小积分球通过可变光阔相连；所述氣灯 光源通过光纤分束器与大积分球相连；所述面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；面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、光谱采集系统、氣灯光源、面鹤灯 光源相连。上述选光组件包括设在积分球上的电控可变光阔与高斯谱型滤光片，电控可变 光阔用于调整输入大积分球的能量和谱线形状。
[0009] 上述大积分球共有11个入口，1个出口，入口用于接收氣灯、面鹤灯光能，出口用 于将匀化后的光能输出至小积分球。
[0010] 上述光纤分束器为1路分7路石英光纤束。
[0011] 上述光谱采集系统采用海洋光学的MYA2000型光纤光谱仪。
[0012] 本实用新型的优点是：
[0013] 本实用新型先利用主控系统控制各电控可变光阔逐步扫描完成不同位置对应不 同谱线及能量的一一映射关系，通过光谱采集系统进行采集记录，并录入数据库中，方便后 续色温匹配的调用。
[0014] 本实用新型考虑到氣灯和面鹤灯的稳定度和高能量，超越传统的利用L邸进行色 温匹配的光源能量不高、稳定性不够的缺点，实现了较强功率、高稳定度的色温调整能力。
[0015] 本实用新型首次使用高斯谱型滤光片，此类滤光片可W从稳定的氣灯、面鹤灯光 源谱线中提取较为连续、平滑、稳定的谱线，为后续色温匹配算法提供了流畅的子函数模 型，方便利用最小二乘逼近法完成色温匹配。
[0016] 本实用新型利用氣灯前端和面鹤灯后端谱线，从300皿?650皿每隔100皿使用 7种高斯谱型滤光片从氣灯中进行光谱选择，从650nm?llOOnm每隔200nm使用4种高斯 谱型滤光片从面鹤灯中进行光谱选择，最终实现了稳定光谱的提取，并为后续色温的匹配 奠定了基础。
[0017] 本实用新型中使用了高重复定位精度的电控可变光阔，提高了色温调节的精度和 稳定度。
[0018] 本实用新型中使用了高精度、高灵敏度的光纤光谱仪作为最终光谱数据的采集， 提高了结果的可靠性。
[0019] 本实用新型中使用了紫外增强型的氣灯，提高了紫外波段能量的幅度，并且在积 分球内壁使用了紫外波段高反射率的涂层，在高色温情况下具有显著能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本实用新型所提供的空间光学系统探测能力检测系统的结构示意图；
[0021] 图2是本实用新型中选光组件的结构示意图；
[0022] 图3是本实用新型中所采用氣灯和面鹤灯的光谱福射度曲线图；
[0023] 图4是本实用新型高斯谱型滤光片光谱透过率曲线图
[0024] 其中；
[0025] 1-大积分球；2-小积分球；3-氣灯光源；4-光纤分束器；5-面鹤灯光源；6-选光 组件；7-电控可变光阔；8-高斯谱型滤光片；9-可变光阔；10-光谱采集系统；11-主控系 统。
【具体实施方式】
[0026] 参见图1，本实用新型提供了一种色温可调黑体光源，该色温可调黑体光源包括大 积分球1、小积分球2、氣灯光源3、光纤分束器4、面鹤灯光源5、选光组件6、可变光阔9、光 谱采集系统10、主控系统11 ;所述大积分球1与小积分球2通过可变光阔9相连；所述氣灯 光源3通过光纤分束器4与大积分球1相连；所述面鹤灯光源5与大积分球1相连；光纤分 束器3与大积分球1之间设置选光组件6 ;面鹤灯光源5与大积分球1之间设置选光组件 6 ;光谱采集系统10设置在小积分球2出光口下方；所述主控系统11分别与选光组件6、光 谱采集系统10、氣灯光源3、面鹤灯光源5相连。
[0027] 大积分球共有11个入口，1个出口，入口用于接收氣灯、面鹤灯光能，出口用于将 匀化后的光能输出至小积分球。
[0028] 氣灯光源3选用紫外增强型光源，紫外端能量会有显著提高。
[0029] 光纤分束器为1路分7路石英光纤束。
[0030] 参见图2,选光组件6包括电控可变光阔7与高斯谱型滤光片8,用于调整输入大 积分球的能量和谱线形状。电控可变光阔重复定位精度可达lum，提高了色温可调黑体光源 的精度。高斯谱型滤光片的透过率曲线为类高斯分布形状，便于通过11路类高斯光谱分布 曲线获取目标函数谱线。
[0031] 光谱采集系统选用海洋光学的MAYA2000型光纤光谱仪。
[0032] 主控系统是用来控制可变光阔运动的，其具体的算法封装于主控系统内部，简单 的说就是有一个控制软件，其反馈信息来源于光谱采集系统，若用户需要多少色温的普朗 克曲线，那么主控系统便会根据所需普朗克曲线的形式进行相关可变光阔的调节，调节后 整个光源所能输出的谱线形式是用光谱采集系统进行采集反馈的。若所输出曲线有所出 入，则再次进行迭代运算重新调整，直到获取满足需求的谱线。
[0033] 本实用新型主要利用选光组件6中的电控可变光阔7与高斯谱型滤光片8对稳定 工作下的氣灯光源3、面鹤灯光源5进行能量W及谱型的自动选择，最终通过大积分球1、小 积分球2进行匀化，获得了一种可调色温的黑体光源。氣灯和面鹤灯的光谱福射度曲线如 图3所示，氣灯在短波方向能量较强，但长波处有多处次峰，面鹤灯在长波方向能量较强， 两种灯互相补充，可W实现300?lOOOnm波段的光谱融合。通过电控可变光阔与高斯谱型 滤光片配合，可W实现氣灯光源650nm W上波长，谱线多处次峰的有效抑制，也可实现根据 面鹤灯光源在红端显著增幅光谱特性的选通。该样，既利用了紫外增强型氣灯光源短波部 分的有效能量，又利用了面鹤灯光源在长波部分的稳定能量。另外，通过设计类高斯透过率 的高斯谱型带通滤光片（滤光片光谱透过率曲线见图4)，在不同光谱分段区域，提取所需 光谱能量，利用最小二乘拟合法，于积分球1内部实现2600K?9800K黑体福射曲线的基本 融合，在积分球2内完成所拟合光谱的均匀输出。高斯谱型滤光片的具体参数见表1，其中 屯、波长W及半高宽的选择具有相应规律的，即要保证相邻波段具有交叠区域，另外，由于高 斯谱型的透过率曲线都非常平滑，更利于最终11个光路产生较为平滑的谱线，最终实现不 同色温黑体光源的融合。
[0034] 表 1
[0035]
【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；所述氣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、光谱采集系统、氙灯光源、齒钨灯光源相连。
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。
【文档编号】H05B35/00GK204206520SQ201420685159
【公开日】2015年3月11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