一种色温可调黑体光源及其色温调节方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种色温可调黑体光源及其色温调节方法
本专利技术属于光学检测领域，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～1100nm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。
技术介绍
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。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。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。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。要实现在300～1100nm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。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术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。本专利技术的技术解决方案是：本专利技术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、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；所述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。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。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，出口用于将匀化后的光能输出至小积分球。上述光纤分束器为1路分7路石英光纤束。上述光谱采集系统采用海洋光学的MAYA2000型光纤光谱仪。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：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。上述步骤5)中普朗克公式如下式所示：其中：Mbλ为绝对黑体的光谱辐射出射度，单位为：W·cm-2·μm-1；λ为波长，单位为μm；T为绝对黑体的绝对温度，单位为K(开尔文)；c1＝2πhc2＝3.741844×10-12W·cm2为第一辐射常数；c2＝ch/k＝1.438833cm·K，为第二辐射常数；本专利技术的优点是：本专利技术先利用主控系统控制各电控可变光阑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。本专利技术考虑到氙灯和卤钨灯的稳定度和高能量，超越传统的利用LED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。本专利技术首次使用高斯谱型滤光片，此类滤光片可以从稳定的氙灯、卤钨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。本专利技术利用氙灯前端和卤钨灯后端谱线，从300nm～650nm每隔100nm使用7种高斯谱型滤光片从氙灯中进行光谱选择，从650nm～1100nm每隔200nm使用4种高斯谱型滤光片从卤钨灯中进行光谱选择，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。本专利技术中使用了高重复定位精度的电控可变光阑，提高了色温调节的精度和稳定度。本专利技术中使用了高精度、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。本专利技术中使用了紫外增强型的氙灯，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。附图说明图1是本专利技术所提供的空间光学系统探测能力检测系统的结构示意图；图2是本专利技术中选光组件的结构示意图；图3是本专利技术中所采用氙灯和卤钨灯的光谱辐射度曲线图；图4是本专利技术高斯谱型滤光片光谱透过率曲线图其中：1-大积分球；2-小积分球；3-氙灯光源；4-光纤分束器；5-卤钨灯光源；6-选光组件；7-电控可变光阑；8-高斯谱型滤光片；9-可变光阑；10-光谱采集系统；11-主控系统。具体实施方式参见图1，本专利技术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、氙灯光源3、光纤分束器4、卤钨灯光源5、选光组件6、可变光阑9、光谱采集系统10、主控系本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；所述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。

【技术特征摘要】
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；所述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。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。6.一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：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61