CN104266757A - 一种可自动标定光谱连续可调的光源模拟方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可自动标定光谱连续可调的光源模拟方法及其装置，该装置包括至少两个半径不同的积分球，积分球上根据色温和星等的调节范围设置相应数量的LED光源，设置在积分球上的LED光源由相对应的LED光源驱动器驱动；积分球的出光口处设置有用于对光束进行实时监测的光谱检测设备和用于将光束转化为模拟恒星点光源的星点板。本发明可以直接设定期望的色温值和星等值，并立即得到对应的稳定光谱能量分布图。

Description

一种可自动标定光谱连续可调的光源模拟方法及其装置

技术领域

本发明属于高精度宽光谱模拟光源技术领域，涉及一种基于可自动标定且光谱可调的多色温多星等模拟光源方法及其装置，尤其涉及一种基于白光LED为基础，加以各单色LED为补偿、最小二乘法、数字调光及反馈电路实现光源可自动标定的高精度、高稳定性、宽范围模拟光源的方法及其装置。

背景技术

恒星模拟光源是恒星模拟器的关键组成部分，随着对恒星模拟器的需求越来越高，恒星模拟光源也须向高精度、高稳定性、宽范围和适用广泛的方向发展。

众所周知，恒星模拟器根据其工作方式的不同分为标定型星模拟器和功能检测型星模拟器两类。标定型星模拟器侧重于模拟精度，主要用于对星敏感器的探测能力、空间分辨率等的地面标定；功能检测型星模拟器则对实时性要求相对严格，主要用于星图模拟，地面检测飞行器的实际坐标和星图的位置计算等。

对于标定型星模拟器恒星模拟光源，一般主要是单星模拟光源或有限个特定的色温和星等光谱分布的恒星模拟光源，并且光谱范围比较窄，含有此种恒星模拟光源的星模拟器功能单一，对星敏感器的适用性不好，因而其应用受到限制。因此，采用单色光源，基于最小二乘法和算法软件可以攻克这一技术难点。但是由于市场上单色LED光源种类比较少而且亮度也小，单单依靠单色LED光源是不能达到宽范围内多星等的光谱的拟合的，因此采用多种单峰值波长光源辅助高亮度白光LED，基于最小二乘法拟合，利用算法软件控制各光源实现宽波段范围的光谱能量分布模拟，具有简单、快速等优点，因而在恒星模拟器方面有着很好的应用前景。

基于最小二乘法和算法控制，采用多种单峰值波长光源辅助白光LED，可以直接模拟出宽波段范围的多星等光谱能量分布。但是由于单色光源随着其使用寿命、驱动电流的变化以及工作温度的升高，其峰值波长会发生漂移，因此，此种情况下，恒星模拟光源模拟的光谱能量分布不稳定，精度不高。通过模拟仿真，可以发现，峰值波长局部微小的变化都会导致光谱模拟精度的大变化，因此很难保证模拟光源的稳定性和高精度。同时，现阶段的恒星模拟光源系统的光源标定主要为人为手动机械标定，不仅耗时而且会受到一定人为因素的影响，也影响光源光谱模拟的精度。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种可提高模拟光谱分布精度和稳定性的方法及其装置。

本发明的技术解决方案是：

该可自动标定光谱连续可调的光源模拟方法包括以下步骤：

1]根据模拟光谱的拟合范围和拟合误差，确定单色LED光源的种类，采集各单色LED光源以及白光LED的光谱分布数据；

2]利用1]中采集到的光谱分布数据进行1000k-10000k色温范围内多个星等的光谱能量分布模拟仿真，得到步骤1中选定的各种类型单色LED光源的数量；所述色温范围为1000k-10000k，星等范围为-1Mv-+6Mv；

3]驱动2]中确定的各LED光源发光；

4]对3]中的发出光进行匀光和混光处理，得到均匀的混合光束；

5]对混合光束进行分束，得到两束相同的光束；

6]对5]中得到的两束光束其中一束光束进行实时监测，另一束光束用于形成点光源；

7]获取6]中进行实时监测的光束的光谱图，并与理想的黑体辐射光谱或所要模拟的目标光谱进行差值比较，找出最大差值，若此最大差值超过误差限，则修正步骤3中用于驱动各LED光源发光的光源驱动器的电源修正参数，使其处于误差限内，达到对光源的自动标定和稳定性的闭环控制；若此最大差值未超过误差限，则继续正常工作。

上述步骤1]所述的根据模拟光谱的拟合范围和拟合误差，确定单色LED光源的种类，具体是以白光LED为基础，单色LED为补偿进行光谱的拟合，控制驱动各峰值波长单色LED光源和白光LED光源依次发光，同时依次采集各LED光源光谱数据，并且进行数据存储。

上述步骤2]的具体实现方法如下：利用步骤1]中所采集到光源光谱数据，基于最小二乘法，以白光LED光源为基础，其余各单色LED光源为补偿，对目标光谱进行实际拼接拟合，得到各光源的数量。

上述步骤6]的具体实施方法如下：

采用辐亮度计或光纤光谱仪或其它光谱监测设备对积分球处光口的光束进行实时监测；积分球出口处的另一束光通过星点板来模拟恒星点光源。

该可自动标定光谱连续可调的光源模拟包括至少两个半径不同的积分球，积分球上根据色温和星等的调节范围设置相应数量的LED光源，设置在积分球上的LED光源由相对应的LED光源驱动器驱动；积分球的出光口处设置有用于对光束进行实时监测的光谱检测设备和用于将光束转化为模拟恒星点光源的星点板。

本发明的优点是：

本发明提供了一种可自动标定且光谱可调的多色温多星等光源模拟方法及其装置,由于其采用白光LED和单色窄带LED光源、不同大小的积分球以及监测反馈设备使得恒星模拟光源的光谱模拟范围大，精度高，稳定性好，同时具有星光模拟原理简单，光源可自动标定和操作容易等优点。本发明可以直接设定期望的色温值和星等值，并立即得到对应的稳定光谱能量分布图。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明的带有两积分球的装置示意图。

附图标记说明：1—积分球Ⅱ，2—电机，3—LED光源驱动器Ⅱ，4—LED光源模块，5—LED光源驱动器Ⅰ，6—积分球Ⅰ，7—星点板，8—光谱检测设备，9—计算机。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明进行详述：

1]根据模拟光谱的拟合范围和拟合误差确定单色LED光源的种类，拟合范围一般为400nm-1100nm，拟合误差一般为10％；一般各单色LED光源的峰值波长间隔越小，拟合光谱的精度越高；例如：根据单色LED的市场情况，选择10nm作为各峰值波长的间隔波长，得到71种单色LED，但若考虑到成本，可在满足拟合误差的基础上，选波长间隔15nm，甚至20nm的LED光源，由于单色LED的亮度比较弱，因此以白光LED为基础，单色LED为补偿进行光谱的拟合，采集各单色LED光源以及白光LED的光谱分布数据；

2]利用1]中采集到的光谱分布数据进行1000k-10000k色温范围内多个星等的光谱能量分布模拟仿真，根据最小二乘法算出各LED光源的最大所需量，星等范围为-1Mv-+6Mv内。

3]驱动步骤2中选定的各LED光源发光；具体是用拟合的单色LED光源的数量以及所使用光源驱动芯片性质，通过灰度调节控制单色光源发光。

4]球对3]中的发出光进行匀光和混光，得到均匀的混合光束；具体可采用积分球作为LED光源的混光和匀光设备，由于是在宽波段范围内多色温多星等恒星模拟光源的实现，星等跨度范围比较大，所需的单色LED光源数量比较多，而且不能较大范围的调节LED的输出功率，因此可采用多个大小不一的积分球分别控制不同的星等区间，积分球之间通过导轨等的带动进行切换，并且可在积分球上设反馈装置和定位装置，显示目前积分球的工作状态。

5]在匀光和混光设备出口处将输出光进行分束，得到两束相同的光束；

6]将5]中得到的其中一束光束进行实时监测，具体可采用辐亮度计或光纤光谱仪或其它反馈监测设备对积分球处光口的光束进行实时监测以保持光源光谱拟合输出的稳定性；另一束光束通过星点板来模拟恒星点光源。

7]获取6]中进行实时监测的光束的光谱图(也即点光源的光谱)与理想的黑体辐射光谱或所要模拟的目标光谱进行差值比较，找出最大差值，若此最大差值超过误差限，如当一拟合光谱在波长700nm处出现超过+10％的情况，也即700nm或700nm附近的LED光源亮度太大，则通过反馈电路将探测到的信号送入处理器进行与目标光谱的差值处理，得到光源驱动器的电源修正参数，从而达到对光源的自动标定和稳定性的闭环控制；若此最大差值未超过误差限，则继续正常工作。

Claims (5)

1.一种可自动标定光谱连续可调的光源模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1]根据模拟光谱的拟合范围和拟合误差，确定单色LED光源的种类，采集各单色LED光源以及白光LED的光谱分布数据；

2]利用1]中采集到的光谱分布数据进行1000k-10000k色温范围内多个星等的光谱能量分布模拟仿真，得到步骤1中选定的各种类型单色LED光源的数量；所述色温范围为1000k-10000k，星等范围为-1Mv-+6Mv；

3]驱动2]中确定的各LED光源发光；

4]对3]中的发出光进行匀光和混光处理，得到均匀的混合光束；

5]对混合光束进行分束，得到两束相同的光束；

6]对5]中得到的两束光束其中一束光束进行实时监测，另一束光束用于形成点光源；

7]获取6]中进行实时监测的光束的光谱图，并与理想的黑体辐射光谱或所要模拟的目标光谱进行差值比较，找出最大差值，若此最大差值超过误差限，则修正步骤3中用于驱动各LED光源发光的光源驱动器的电源修正参数，使其处于误差限内，达到对光源的自动标定和稳定性的闭环控制；若此最大差值未超过误差限，则继续正常工作。

2.根据权利要求1所述的可自动标定光谱连续可调的光源模拟方法，其特征在于：步骤1]所述的根据模拟光谱的拟合范围和拟合误差，确定单色LED光源的种类，具体是以白光LED为基础，单色LED为补偿进行光谱的拟合，控制驱动各峰值波长单色LED光源和白光LED光源依次发光，同时依次采集各LED光源光谱数据，并且进行数据存储。

3.根据权利要求2所述的可自动标定光谱连续可调的光源模拟方法，其特征在于：步骤2]的具体实现方法如下：利用步骤1]中所采集到光源光谱数据，基于最小二乘法，以白光LED光源为基础，其余各单色LED光源为补偿，对目标光谱进行实际拼接拟合，得到各光源的数量。

4.根据权利要求1中所述的可自动标定光谱连续可调的光源模拟方法，其特征在于：步骤6]的具体实施方法如下：

采用辐亮度计或光纤光谱仪或其它光谱监测设备对积分球处光口的光束进行实时监测；积分球出口处的另一束光通过星点板来模拟恒星点光源。

5.一种可自动标定光谱连续可调的光源模拟装置，其特征在于：包括至少两个半径不同的积分球，积分球上根据色温和星等的调节范围设置相应数量的LED光源，设置在积分球上的LED光源由相对应的LED光源驱动器驱动；积分球的出光口处设置有用于对光束进行实时监测的光谱检测设备和用于将光束转化为模拟恒星点光源的星点板。