专利名称：一种波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学仪器技术领域，特别涉及一种波长和光谱能量自动校准的便携式 分光色彩照度计。
背景技术：
目前，市场上销售的照度计主要有指针式和数显式两种。指针式需要手动进 行切换积分时间，使用时较为麻烦且测试精度低。数显式的照度计测量精度高，但这两种照 度计只能显示测试目标的照度值，不能得到相对光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数参数。发明内容
基于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种波长和光谱能量自动 校准的便携式分光色彩照度计，其低成本、测量范围宽、高精度、方便携带，并可自动对波长 和光谱能量进行校准的便携式分光色彩照度计，其目的是除了测量照度以外，还能测量被 测光源在被照面的光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数参数，而且实现对波长和光谱能 量的自动校准。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案一种波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，用于测量被测光源的相对 光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数和照度，包括余弦校正器，红、绿、白光集成的校准 LED,光电池，集光器，耦合透镜，光纤，平场凹面衍射光栅，线性阵列传感器，信号处理器和 IXD显示屏，被测光源光线照在余弦校正器上，经过余弦校正器漫透射匀光后，一部分直接 照射到光电池上，经信号处理器处理后在IXD显示屏上输出照度值；另一部分照射到集光 器上，经过多次内反射后，由耦合透镜耦合到光纤中，耦合到光纤的光线经过入射狭缝，照 射到平场凹面衍射光栅上，经过衍射分光，照在线性阵列传感器上，经信号处理器处理后得 到光源光谱功率分布，LCD显示屏输出相对光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数参数。
进一步的，所述集光器表面采用高反射材料。
进一步的，由所述红、绿、白光集成的校准LED构成自动波长校准系统，红光峰值 波长为620nm-650nm，绿光峰值波长为505nm_530nm，白光由蓝光激发YAG荧光粉和红色荧 光粉组成，其中蓝光部分峰值波长为420nm-470nm，测试之前通过所述已知峰值波长的红、 绿以及白光的蓝光峰值，对线性阵列传感器对应的波长进行校准。
进一步的，包括自动调节线性阵列传感器积分时间的装置，其根据线性阵列传感 器输出的信号大小，自动设定线性阵列传感器的积分时间，使其输出的信号处于线性阵列 传感器的线性区。
进一步的，包括光谱能量校准系统，测试之前通过点亮所述红、绿、白光集成的校 准LED中已知光谱能量分布的白光LED，对线形阵列传感器的光谱能量进行校准。
进一步的，所述的集光器是圆锥型结构，光照射到圆锥大口后经反射收集到圆锥小口出口处，圆锥型内壁反射率为90%以上，圆锥的直径为径为5-30mm，高度为10_50mm。进一步的，所述线性阵列传感器在获得光谱信息时，线性阵列传感器的每个像元 Pi接收的信号包括对应波长1处的光功率和其他波长的部分光功率，对于第i个像元Pi，其 光功率为
其中，苟' Kf\ Kf' i-383......尤严为第i个像元受到波长为
380nm、381nm、382_……780nm光线入射的光功率权重；
及(380), i (381),亭 2),及(383)......5(780)为入射光中波长为 380nm、381nm、
382nm……780nm的真实光功率，则在像素为m的阵列传感器上的输出为
权利要求
1.一种波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，用于测量被测光源的相对光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数和照度，包括余弦校正器(1)，红、绿、白光集成的校准LED (2)，光电池(3)，集光器(4)，耦合透镜(5)，光纤(6)，平场凹面衍射光栅(7)，线性阵列传感器(8)，信号处理器(9)和IXD显示屏(10)，其特征在于被测光源光线照在余弦校正器(I)上，经过余弦校正器(I)漫透射匀光后，一部分直接照射到光电池(3 )上，经信号处理器(9)处理后在IXD显示屏(10)上输出照度值；另一部分照射到集光器(4)上，经过多次内反射后，由耦合透镜(5)耦合到光纤(6)中，耦合到光纤(6)的光线经过入射狭缝，照射到平场凹面衍射光栅(7)上，经过衍射分光，照在线性阵列传感器(8)上，经信号处理器(9) 处理后得到光源光谱功率分布，IXD显示屏(10)输出相对光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数参数。
2.根据权利要求1所述的波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，其特征在于所述集光器(4)表面采用高反射材料。
3.根据权利要求1所述的波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，其特征在于由所述红、绿、白光集成的校准LED (2)构成自动波长校准系统，红光峰值波长为 620nm-650nm,绿光峰值波长为505nm_530nm，白光由蓝光激发YAG荧光粉和红色荧光粉组成，其中蓝光部分峰值波长为420nm-470nm，测试之前通过所述已知峰值波长的红、绿以及白光的蓝光峰值，对线性阵列传感器(8)对应的波长进行校准。
4.根据权利要求1所述的波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，其特征在于包括自动调节线性阵列传感器积分时间的装置，其根据线性阵列传感器(8)输出的信号大小，自动设定线性阵列传感器(8)的积分时间，使其输出的信号处于线性阵列传感器的线性区。
5.根据权利要求1所述的波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，其特征在于包括光谱能量校准系统，测试之前通过点亮所述红、绿、白光集成的校准LED (2)中已知光谱能量分布的白光LED，对线形阵列传感器(8)的光谱能量进行校准。
6.根据权利要求2所述的波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，其特征在于所述的集光器(4)是圆锥型结构，光照射到圆锥大口后经反射收集到圆锥小口出口处，圆锥型内壁反射率为90%以上，圆锥的直径为径为5-30mm，高度为10_50mm。
7.根据权利要求1或3所述的波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，其特征在于所述线性阵列传感器(8)在获得光谱信息时，线性阵列传感器(8)的每个像元Pi 接收的信号包括对应波长‘I处的光功率和其他波长的部分光功率，对于第i个像兀Pi,其光功率为Pi = K^sR (380) + Kf1R (381) + Kf2R(SBl) + · -' KjmR(IBO)其中，右气Kf' Af3......尤严。为第i个像元受到波长为3S0nm、3Slnm、3S2nm......7S0nm光线入射的光功率权重；R (380), R (381), R(382), R (383)……R (780)为入射光中波长为 380nm、381nm、382nm……780nm的真实光功率，则在像素为m的阵列传感器(8)上的输出为
8.根据权利要求1所述的波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，其特征在于所述光电池(3)的光谱响应灵敏度S(X)匹配成人眼明视觉光谱光视效率曲线v(X),所测光源的光谱功率分布:PM和光电池(3)光谱响应灵敏度S ,输出照度Ep如下式
9.根据权利要求1所述的波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，其特征在于所述平场凹面衍射光栅(7)采用微小型平场凹面光栅衍射微型分光结构，长X宽X
10.一种自动波长较准的便携式分光色彩照度计的测量方法，其包括以下步骤第一步被测光源光线经过余弦校正器(I)漫透射；第二步一部分直接照射到光电池(3)感光表面，得到被测光源的照度值；第三步另一部分照射到集光器(4)壁经过多次内反射后，经过耦合透镜(5)后耦合到光纤(6)中；第四步所述光纤(6)中的光线经过入射狭缝，照射到平场凹面衍射光栅(7)上，经过衍射分光，并聚焦在所述线性阵列传感器(8)的感应表面，根据线性阵列传感器(8)的读数，自动设定线性阵列传感器(8)的积分时间；第五步线性阵列传感器(8)根据系统设定的积分时间，读出被测光源的光谱功率分布；第六步经过信号处理后，在IXD显示屏(10)上显示相对光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数参数。
全文摘要
本发明公开一种波长和光谱能量自动校准的便携式分光色彩照度计，包括余弦校正器，红、绿、白光集成的校准LED，光电池，集光器，耦合透镜，光纤，平场凹面衍射光栅，线性阵列传感器，信号处理器和LCD显示屏。其目的是除了测量照度以外，还能测量被测光源在被照面的光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数参数。校准光源由红、绿、白光LED集成组成，其对线性阵列传感器对应的波长和能量进行校准；圆锥型集光器提高了仪器信噪比；阵列传感器每个像元采集的光功率通过多元线性回归数学关系获得；发明的便携式分光色彩照度计测量范围宽、高精度，在照明工程中获得广泛应用。本发明还公开了一种自动波长较准的便携式分光色彩照度计的测量方法。
文档编号G01J3/28GK102997995SQ201210515450
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者金尚忠, 王聪, 袁琨 申请人:中国计量学院