本实用新型涉及照明领域，具体涉及一种单色光照明装置。
背景技术：
在测量物体颜色或测量材料的光学特性等光学测量系统中，照明光源是必不可少的组成部分，且照明光源的性能直接关系到测量结果的准确性和评价的科学性。
光学测量系统中采用的照明光源主要有白光照明光源和单色照明光源两种。相对于白光光源，单色光源的波长准确度更高，将单色光源作为照明光源，可用于明确地分析物体在特定波长下的反射特性、透射特性、吸收特性和荧光效应等。如公开号为CN103499391的专利“光谱测量系统”中利用单色仪或者激光光源产生单色汇聚照明光束，测量待测样品的散射光谱、吸收光谱和消光光谱等。
但现有的单色照明光源仍然存在以下缺陷：（1）由于单色光源的波段范围较窄，若要测量不同波长光照射下材料的光学特性，往往需要不断更换单色光源，操作繁杂且影响测试效率；（2）由于不同波长的单色光的折射率不同，因此更换不同的单色光源，其发光光束经透镜后所形成的焦点位置也会不同（如图1所示），而在不同波长的光照射下，材料的折射率完全不同，因此会引起倍率色差，影响测量准确度。
综上所述，现有的单色照明光源很难满足光学测量系统特别是物体色测量系统和材料表面光学特性测量系统对测试效率和测量准确度等方面的要求。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种单色光照明装置，该照明装置可设置多个单色光源，避免单色光源的频繁切换；此外，可通过透镜的移动将照明光束的会聚到同一位置。
本实用新型公开一种照明装置，包括两个或以上的单色光源、光源驱动单元、两个或以上耦合单元、光纤和会聚单元；所述的光源驱动单元与单色光源电连接；所述的耦合单元将单色光源的输出光束耦合至光纤的输入端；所述的会聚单元包括会聚透镜和会聚透镜支架；所述的会聚透镜固定在会聚透镜支架上；所述的光纤的输出端的输出光束经会聚透镜会聚成照明光源；通过移动会聚透镜支架可带动会聚透镜沿其光轴方向移动。光轴是指光束的中心轴线或透镜等光学系统的对称轴。
本实用新型提供的照明装置通过耦合单元将单色光源的输出光束耦合至光纤输出并经会聚透镜形成会聚照明光束照射在样品表面。与现有的照明装置相比，本实用新型提供的照明装置可设置多个不同波长的单色光源，并通过光源驱动单元自动控制各个单色光源之间的切换，实现单色光照明的同时避免了单色光源的频繁切换，具有操作便捷、成本低和应用范围广等特点；且通过会聚透镜的移动可改变照明光束会聚点的位置，避免不同波长单色光照明光束在样品表面的照射点不同引起的倍率色差问题。
本实用新型还可通过以下技术方案进行完善：
作为一种技术方案，所述的单色光源为激光光源或单色LED光源或单色仪。本照明装置产生的照明光源可以是激光光源产生的激光或者单色LED光源产生的单色光或者单色仪产生的单色光，且所述的照明光源的照射光束为会聚光束。根据不同的照明需求，可以设置激光光源或者单色LED光源，并通过光源驱动单元控制各个单色光源之间的自动切换，操作便捷；同时，也可以将单色仪作为单色光源，并通过光源驱动单元控制单色仪的发光波长，结构更简单且可以节约一定的空间。
作为优选，所述的光源驱动单元可控制每个单色光源的开关和输出功率，从而实现多样化的照明条件。
作为一种技术方案，所述的耦合单元包括耦合透镜和光纤耦合器；所述的单色光源的输出光束经耦合透镜聚焦至光纤耦合器的输入耦合端，且所述的光纤耦合器的输出耦合端与光纤的输入端连接。由于单色光源发出的光束为发散光，耦合透镜的设置可以将单色光源发出的发散光线精确地耦合至光纤耦合器的输入耦合端，并通过光纤耦合器耦合至光纤输出。
作为优选，所述的耦合单元与单色光源一一对应设置，可精确地将每个单色光源的输出光束耦合至光纤输出，保证耦合效率。
作为一种技术方案，所述的光纤为分叉光纤；所述的分叉光纤包括分叉部分和聚合部分；所述的分叉部分与光纤耦合器的输出耦合端连接，且所述的聚合部分的输出光束传输至会聚透镜。将单色光源的输出光束耦合至光纤输出，一方面可保证光束不受周围环境光的影响，提高照明质量，另一方面不受输出光路方向和距离的限制，利于照明装置的小型化。采用分叉光纤保证将每个单色光源的输出光线通过光纤耦合器的输出耦合至光纤，并聚合在较小的输出范围，避免输出光的分散。
作为一种技术方案，所述的光纤为多芯光纤，且在光纤的输出端杂编混合。每个分叉部分对应的光纤均为多芯光纤，且在光纤的输出端即聚合部分，所有多芯光纤内部的纤芯随机混合在一起，使得在光纤输出端的单色光输出混合均匀，而非集中在一个地方输出。所有光纤通过一个外包层加以固定。作为优选，所述的外包层为圆形。
作为一种技术方案，在所述的光纤的输出端与会聚单元之间的光路上设有孔径光阑，且所述的孔径光阑与光纤的输出端紧密贴合。虽然单色光均从光纤的聚合部分输出，但不同单色光对应不同的光纤输出，因此位置会有一定差异，将孔径光阑紧密贴合在光纤输出端，可保证不同波长单色光均从孔径光阑的中心通孔出输出，使得从聚合部分的输出光束的光轴与会聚透镜的光轴同轴。
作为一种技术方案，还包括滑动导轨；所述的会聚透镜支架安装在滑动导轨上并可沿滑动导轨移动。为保证会聚透镜沿其光轴移动，所述的滑动导轨的设置方向与会聚透镜的光轴方向相同。通过控制会聚透镜支架在滑动导轨上移动，从而带动会聚透镜沿光轴移动，达到改变会聚点位置的目的。
作为一种技术方案，还包括驱动电机，所述的驱动电机与会聚透镜支架电连接并且驱动会聚透镜支架的移动和定位。当改变单色光源时，可通过驱动电机自动控制透镜支架在滑动导轨上移动，从而带动会聚透镜沿其光轴移动，将不同单色光经会聚透镜后的会聚点移动同一位置。
上述方案中，也可通过手动调节会聚透镜支架在滑动导轨上移动，从而带动会聚透镜移动调节会聚点的位置。
作为一种技术方案，所述的耦合透镜是单个透镜，或者所述的耦合透镜是多个透镜的组合。根据不同的单色光源，可设置相应的单个透镜或者多个透镜的组合，其中所述的多个透镜的组合可以是相同透镜的组合也可以是不同透镜的组合，保证单色光的良好传输，从而精确耦合至光纤耦合器的输入耦合端。
本实用新型集合多个单色光源，并通过光源驱动单元控制每个单色光源的开关和输出效率，可满足多样化的照明需求；将单色光源的输出光束耦合至光纤输出，保证单色光的高效率传输且不受环境光和空间的影响，利于装置小型化，结构更加紧凑；通过会聚透镜的移动，可调节会聚照明光束的会聚点的位置，将不同单色光在样品表面的照射点位置调至同一点，可避免倍率色差问题。
【附图说明】
附图1为多色光经透镜后形成的光路图。
附图2为本实用新型照明装置的结构框图。
附图3为实施例1照明装置的示意图。
附图4为实施例1中光纤聚合部分的截面图。
附图5为实施例2照明装置的示意图。
附图6为实施例2中光纤聚合部分的截面图。
单色光源—1；光源驱动单元—2；耦合单元—3；耦合透镜—3-1；光纤耦合器—3-2；光纤—4；分叉部分—4-1；聚合部分—4-2；会聚单元—5；会聚透镜—5-1；会聚透镜支架—5-2；滑动导轨—7；孔径光阑—6；驱动电机—8。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型不仅限于以下实施例。
实施例一
如图3和图4所示的照明装置，包括三个单色光源1、光源驱动单元2、三个耦合单元3、光纤4和会聚单元5。所述的三个耦合单元3与三个单色光源1一一对应设置。
本实施例中，所述的单色光源1为激光光源，具体为三个波长分别为340nm、430nm、560nm的激光二极管。
本实施例中，所述的光源驱动单元2与三个单色光源1连接，并自动控制三个单色光源1的开关和输出效率。
本实施例中，所述的耦合单元3包括耦合透镜3-1和光纤耦合器3-2；所述的耦合透镜为单个聚焦透镜；单色光源1的输出光束通过耦合透镜3-1聚焦至光纤耦合器3-2的输入耦合端，且光纤耦合器3-2的输出耦合端与光纤4连接。
本实施例中，所述的光纤4为分光光纤，包括分叉部分4-1和聚合部分4-2。所述的分叉部分4-1为三根单独光纤，所述的聚合部分为分叉部分4-1 的三根单独光纤组合形成的光纤组。三根单独光纤与三个耦合单元3的光纤耦合器3-2的输出耦合端连接；所述的聚合部分4-2的输出光束输出至会聚透镜5-1，所述的聚合部分4-2的截面图如图4所示。
本实施例中，所述的光纤4为多芯光纤，具体包含12个纤芯，所述的多芯光纤在经过一定距离后靠近光纤4的输出端杂编混合在一起，并采用圆形的外包层固定，聚合部分的截图如图4所示。
本实施例中，在所述的光纤4的输出端与会聚单元5的光路上设有孔径光阑6，且所述的孔径光阑6与光纤4的输出端紧密贴合。
本实施例中，所述的会聚单元5包括会聚透镜5-1、会聚透镜支架5-2和滑动导轨7；所述的会聚透镜支架5-2安装在滑动导轨7上并可沿滑动导轨7移动；所述的会聚透镜5-1固定在会聚透镜支架5-2上；所述的光纤4的输出端的输出光束经会聚透镜5-1会聚成照明光源；通过移动会聚透镜支架5-2可带动会聚透镜5-1沿其光轴方向移动。本实施例中，滑动导轨7的设置方向与会聚透镜5-1的光轴方向相同。
本实施例中，还包括一个与会聚透镜支架5-2电连接的驱动电机8，通过驱动电机8控制会聚透镜支架5-2在滑动导轨7上移动，从而带动会聚透镜5-1沿其光轴方向移动，改变不同波长单色光的照明光束会聚点的位置。
当需要切换不同波长照明时，通过光源驱动光源2自动切换单色光源1；单色光源1的输出光束经对应的耦合透镜3-1聚焦至光纤耦合器3-2的输入耦合端；并通过光纤耦合器3-2的输出耦合端耦合至与之连接的光纤4的分叉部分4-1传输至聚合部分4-2输出；聚合部分4-2的输出光束经会聚透镜5-1形成会聚光束照射在样品表面；利用驱动电机8自动驱动会聚透镜支架5-2并带动会聚透镜5-1移动，保证不同波长的单色照明光束的会聚点均位于样品中心。
本实施例可实现三种波长的单色会聚照明光源，且通过移动会聚透镜5-1，调节照明光源在样品表面的会聚点位置。
本实施例所述的照明装置可用于物体或材料的反射特性、透射特及其颜色的测量，避免传统的白光照明光源经透镜后不同波长单色光在样品表面的会聚点位置差异引起的倍率色差问题，利于提高测量准确性。
实施例二
如图5所示，本实施例公开一种照明装置，本实施例与实施例一的区别在于：
本实施例所述的照明装置包括三个单色光源1、光源驱动单元2、三个耦合单元3、光纤4和会聚单元5。所述的三个耦合单元3与三个单色光源1一一对应设置。
本实施例中，所述的单色光源1为单色LED光源，具体为三个波长分别为450nm、532nm和630nm的发光二极管。
本实施例中，所述的光纤4为多芯光纤，具体包含8个纤芯，所述的多芯光纤在光纤4的输出端相互独立，且以捆绑的形式组合在一起，并通过圆形外包层固定，具体聚合部分的截面图如图6所示。
本实施例中，所述的孔径光阑6通过夹具9固定在光纤4的输出端上，保证不同波长单色光均从孔径光阑6的中心通孔射出。
本实施例中，通过手动控制会聚透镜支架5-2在滑动导轨7上移动，从而带动会聚透镜5-1沿其光轴移动，调节会聚点的位置，所述的滑动导轨7沿会聚透镜的光轴方向设置。
本实施例可提供不同单色光会聚照明，且通过手动调节会聚透镜5-1的位置，调节不同单色光在待测样品上的会聚点的位置。
本实施例提供的照明装置同样可用于物体或材料的颜色、反射特性、透射特性、吸收特性等的测量。
以上实施例一与实施例二对本实用新型的技术方案作了具体说明，但实施例一与实施例二的技术方案不仅限于这些说明，本实用新型的保护范围由权利要求书限定，任何在本实用新型权利要求基础上的简单改动都包括于本实用新型的保护范围。