CN111812044A - 多光谱测试光源装置及其多光谱调节与监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多光谱测试光源装置，主要包括控制单元、L型光筒、微型光谱仪、光学模组，所述L型光筒的一端与控制单元之间安装有发光板，L型光筒的另一端安装有光学模组；所述控制单元控制发光板发出可见光光源全光谱或任一光源光谱至所述L型光筒中，所述L型光筒作为光发散的通道，通过光学模组将光发散出去，由位于光学模组的发光面侧边位置的微型光谱仪实时监控光谱。还公开了一种基于所述多光谱测试光源装置的多光谱调节与监控装置，主要包括首尾相连的主控制器、多光谱测试光源装置、光谱标定自动调光模块、数据传输模块。本发明能够通过光谱通道拟合多光源光谱，调出客户设定测试要求的光源，光的均匀性好，自动化程度及准确性高。

Description

多光谱测试光源装置及其多光谱调节与监控装置

技术领域

本发明涉及光学领域，特别是涉及一种多光谱测试光源装置及其多光谱调节与监控装置。

背景技术

光源一般分为两种：自然光源和人造光源，前者主要指太阳光，后者主要指根据太阳光的光谱制造出来的光源。已知太阳光光谱波长大约从300nm的紫外光到2600nm的红外光，其中可见光的波长大约在380～780nm之间。同时，可见光光谱也俗称为全光谱。

在现代工业上，各行各业都需要对产品进行辨认颜色，颜色的标准以自然光为标准，但是受时间、气候、季节、纬度等因素的影响，自然光的光色并不稳定，因此现代工业上一般倾向于用人造光源来实现精确对色。

为了定义用于评价颜色外观的人造光源，CIE(国际照明委员会)先后规定了一系列标准照明体和标准光源。其发展大致经历了三个阶段：1931年CIE规定了A、B、C三种标准照明体，并推荐了相应标准光源；1967年为了弥补标准照明体B、C在紫外区的不足，规定了D系列标准照明体，包括D50、D65、D75等，跨度为自然光中的紫外、可见光和红外区域；1970年以后，随着荧光灯的日益普及和在商业上的广泛应用，CIE又规定了F系列荧光光源，其中F1-F6为普通荧光灯、F7-F9为高显色性荧光灯、F10-F12为三基色荧光灯。CIE标准照明体的出现使工业上的精确对色成为可能，所谓对色光源就是指符合或在一定程度上符合CIE标准照明体光谱组成的人造光源。

现在，人造光源的发展有两种方向，一种是往全光谱光源发展；另一种是使用某一段光谱独立制作成单光源，包括白炽灯、卤钨灯、荧光灯、氙灯，D65、TL84、U3000、CWF、A灯、紫外灯、日光灯等。这造成市面上的光源产品比较单一，其中全光谱光源产品只实现了全光谱的显色特性，单光源产品也只实现其光谱的显色特性。同时，这些光源产品都具有其对应光源的显色特性，包括色温，显色指数，光谱特性。

而在行业中，很多产品的对色需求不可能只使用一种光源，比如同一个产品，它需要在D65，TL84，UV，F，CWF等不同的光源环境下进行对色。这是客户对多光源对色的要求，考虑到光源其光强度不同，其显色效果也不同，这就给调色增加了难度。

为此有些厂商推出了所谓的多光源对色灯箱，但实际就是把各种光源D65、TL84、U3000、CWF、A灯、紫外灯、日光灯选择几种，安装在一个灯箱中。看起来统一，实际还是各自分开。目前市场上光源产品因其单一性，全光谱光源产品不可能调成单光源，单光源产品不可能转换成其它光源产品，因为这些光源的光谱都是独立的。因而使得这些集成的对色灯箱，具有多个缺点：一是光源的寿命短；二是功耗大；三是有热聚效应，光源的均匀性不好；四是启动稳定时间长；五是集成越多光源，灯箱成本越高；六是有应用局限，只限于灯箱内的光源使用。

因此亟需提供一种新型的多光谱调节及监控装置来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多光谱测试光源装置及其多光谱调节与监控装置，能够通过光谱通道拟合多光源光谱，调出客户设定测试要求的光源。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多光谱测试光源装置，主要包括控制单元、L型光筒、微型光谱仪、光学模组，所述L型光筒的一端与控制单元之间安装有发光板，L型光筒的另一端安装有光学模组；

所述控制单元控制发光板发出可见光光源全光谱或任一光源光谱至所述L型光筒中，所述L型光筒作为光发散的通道，通过光学模组将光发散出去，由位于光学模组的发光面侧边位置的微型光谱仪实时监控光谱。

在本发明一个较佳实施例中，所述控制单元包括本体、位于本体内部的驱动与控制电路、散热风扇、位于本体一侧面的若干个外部控制接口，位于本体的另一侧面设置有发光板支撑板。

在本发明一个较佳实施例中，所述发光板上集成有若干组不同类型的LED灯珠组合。

在本发明一个较佳实施例中，所述微型光谱仪安装在L型光筒的侧面，微型光谱仪的监控端位于光学模组的发光面侧边位置。

在本发明一个较佳实施例中，所述L型光筒远离发光板的一端设置有光学模组支撑板。

进一步的，所述光学模组包括自下而上依次布置的导光板、反射膜、扩散板。

更进一步的，在扩散板的顶面还设有上盖板。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种基于所述多光谱测试光源装置的多光谱调节与监控装置，主要包括首尾相连的主控制器、多光谱测试光源装置、光谱标定自动调光模块、数据传输模块；

所述多光谱测试光源装置，用于通过光谱通道拟合多光源光谱，调出不同波长的任一种光源，并进行光源的实时监控；

所述光谱标定自动调光模块，用于根据客户设定测试要求对所述多光谱测试光源装置调出的光源进行自动调光及智能化光谱标定；

所述主控制器，主要用于利用所述光谱标定自动调光模块控制所述多光谱测试光源装置调出客户设定测试要求的光源；

所述数据传输模块，用于将所述光谱标定自动调光模块输出的调光参数与光谱标定参数传输至所述主控制器。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述多光谱测试光源装置在可见光的光谱波长380—780nm内，可以通过光谱通道拟合多光源光谱，调出不同波长的任一种光源，真正实现一种装置调出多种光源；所述L型光筒使发光板上的各组灯珠发出的光在L型通路中多次漫反射之后，经过光学模组后融合在一起，使光源表面的色温、照度均匀性高达95％以上；同时内置微型光谱仪，能够实时监控光源的实际色温、照度及光谱数据，增加了准确性；

(2)所述多光谱测试光源装置功耗小，光源的寿命长；没有热聚效应，光源的均匀性好；启动稳定时间短，纳秒级启动；同时减少客户端各种光源装置的使用；

(3)所述多光谱调节与监控装置拥有自动调光及光谱标定功能，可按照客户设定测试要求进行自动调光及智能化光谱标定，快速帮助摄像头产品参数标准统一化，提高效率；

(4)所述多光谱调节与监控装置通过与多光谱测试光源装置外接，利用主控制器切换光源通道控制光源的亮度，方便将光源集成到客户的产品中，提高便捷性；相比于传统摄像头测试给出拍照标准，测试后找出差别进行调整参数，本发明只需要客户在软件上设置好要测试的光源种类，产品方案可按照客户设置进行测试并给出当前光谱标定数据，客户根据反馈数据一步调试到位，快捷方便，自动化程度高，且准确性高。

附图说明

图1是本发明所述多光谱测试光源装置一较佳实施例的立体结构示意图；

图2是所述多光谱测试光源装置的主视图；

图3是图2的左视图；

图4是图2的右视图；

图5是图2的前视图；

图6是图2的后视图；

图7是图2的俯视图；

图8是图1的爆炸图；

图9是实现CIE标准的任意光谱的光谱图；

图10是24组通道拟合全光谱第一组通道灯珠(复色光2800K)的光谱图；

图11是24组通道拟合全光谱第二组通道灯珠(复色光5000K)的光谱图；

图12是24组通道拟合单色光后22组灯的光谱图；

图13是本发明中24组灯珠通道对应的调节软件界面图；

图14是所述多光谱调节与监控装置的结构框图；

附图中各部件的标记如下：1、控制单元，11、本体，12、外部控制接口，13、散热孔，14、发光板支撑板，2、L型光筒，3、微型光谱仪，4、发光板，5、光学模组支撑板，6、导光板，7、反射膜，8、扩散板，9、上盖板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1至图8，本发明实施例包括：

一种多光谱测试光源装置，主要包括控制单元1、L型光筒2、微型光谱仪3、光学模组，所述L型光筒2的一端与控制单元1之间安装有发光板4，L型光筒2的另一端安装有光学模组。所述控制单元1控制发光板4发出可见光光源全光谱或任一光源光谱至所述L型光筒2中，所述L型光筒2作为光发散的通道，通过光学模组将光发散出去，由位于光学模组的发光面侧边位置的微型光谱仪3实时监控光谱。

结合图1、图7和图8，所述控制单元1包括本体11、位于本体11内部的驱动与控制电路(图中未示出)、散热风扇(图中未示出)、位于本体11一侧面的若干个外部控制接口12，所述外部控制接口12用于与多光谱调节与监控装置连接。如图所示，为便于散热，在本体11表面设有若干散热孔13。本实施例中，所述本体11为正方体结构，位于本体11的另一侧面设置有发光板支撑板14，用于安装发光板4。

所述发光板4上集成有若干组不同类型的LED灯珠组合，均与位于控制单元1中的驱动与控制电路连接。LED灯珠为冷光源，具有发热低、亮度高、环保、寿命长、穿透力强、功耗低的优点。选择LED灯珠是关键，一种LED灯珠只有一种颜色，通过选择不同类型的LED灯珠，才能组合实现全光谱380—780nm的波长。有了这些不同性能参数的灯珠，才有了调出全光谱或任意光谱光源的基础。而LED灯珠的组数也有关系，一组LED灯对应一个通道，LED灯珠越多，调光通道越多，调出的全光谱越细腻，如图12所示。优选的，所述发光板4选择24组、40组，或更多组的不同类型LED灯珠集成在一块发光板4上。通过这些不同类型灯珠的相互组合，可实现全光谱的380—780nm的波长；同样通过分别调节这些不同类型灯珠的光强能量值，再通过L型光路结构，最终拟合实现全光谱中任一光源的光谱。因此能调出CIE标准A光、B光、C光、D光等中的任意光谱，如图9所示。

以24组灯珠为例，方案选择了代号为X01，X02，X03…X24的共24组LED灯珠，其中X01，X02为全光谱灯珠，如图10、11所示，剩余22组X03，X04……X24为特定波长范围灯珠，如图12所示。若拟合A光光谱，图9中双实线为A光的光谱图，X轴为波长，Y轴为光强能量值。X轴中，波长范围为380—780nm，共400nm，把这400nm连续的波长，看成是连续线段组成，即380—780nm＝(382至396)+(396至413)+(413至426)+(426至440)+(440至455)+(455至478)+(478至502)+(502至527)+(527至560)+(560至580)+(580至590)+(590至603)+(603至616)+(616至633)+(633至649)+(649至660)+(660至694)+(694至727)+(727至736)+(736至756)+(756至775)+(2800全光谱)+(5000全光谱)。利用如图13所示的24组灯珠通道对应的调节软件，调节24组灯珠中各组灯珠的光强能量，使其在对应波长范围的能量强度、色温，在最终拟合时得到想要的光谱。以一较佳实施例为例，当要调出A光时，调节24组灯每组的能量值即可，最终调试结果为A光：1＝466，2＝0，3＝310，4＝92，5＝15，6＝18，7＝0，8＝0，9＝31，10＝0，11＝0，12＝3，13＝33，14＝19，15＝35，16＝6，17＝6，18＝38，19＝150，20＝283，21＝465，22＝57，23＝442，24＝938，最后通过L型光路结构，聚集拟合出光的光谱，等同于所需要的A光光谱。同理，以D65光谱为例，由24组灯珠组成时，各组能量值是(D65：1＝0，2＝400，3＝942，4＝758，5＝67，6＝14，7＝25，8＝44，9＝150，10＝44，11＝48，12＝36，13＝38，14＝11，15＝49，16＝35，17＝21，18＝28，19＝75，20＝110，21＝159，22＝18，23＝105，24＝306)。

光源在一定视野范围内，不同组灯珠的发光角度、发光颜色、发光亮度、发光面积各不相同。若不经过光路处理，简单直接同时发光，就会出现杂斑、散乱、混乱不堪的问题。所述L型光筒2采用L型通路结构，利用L型通路中的漫反射原理，使各组灯珠发出的光在通路中多次漫反射后，经过光学模组后融合在一起，从而使光源表面的色温、照度均匀性高达95％以上。所述L型光筒内部有特殊纳米涂层，所述纳米涂层的原料包括Sio2(二氧化硅)，TiO2(二氧化钛)，BaO(氧化钡)，比例分别是25％：35％：40％，它的光学透射谱可从紫外波段一直延伸到远红外波段，能在可见光范围内得到合适的光致变色、温致变色、电致变色等效应，达到全光谱光学应用需要。

结合图8，所述L型光筒2远离发光板4的一端设置有光学模组支撑板5，用于安装光学模组。具体的，所述光学模组包括自下而上依次布置的导光板6、反射膜7、扩散板8。导光板6采用透明的亚克力板，作用为透光；反射膜7起反射的作用，反射部分光，从而使光均匀；扩散板8为特殊PC扩散板，主要是将光均匀发散出去，同时还能将所需要的短波长的光保留下来不过滤。进一步的，在扩散板8的顶面还设有上盖板9，最终多光谱测试光源装置调出的光从上盖板9中部射出。

为了使调试出来的光源有保证，符合光源的光谱特性，在L型光筒2的侧面安装有所述微型光谱仪3。所述微型光谱仪3能监控光源的光谱，作用是实时读取光谱数据和监控光谱数据，并且在与多光谱测试光源装置连接的上位机上读取出来。微型光谱仪3的安装位置要贴近光源表面采光，又不影响客户摄像头模组的采光，在基于本光源导光板6发光面发出的光源参数一致的情况下，微型光谱仪3的监控端位于光学模组的发光面侧边位置。可有效地实时监控到使用光源的光谱，同时不会影响使用。客户可实时监控光源参数的真实值，发现光源参数超标后可及时调整，杜绝了因为光源而产生的不良率。相对而言，微型光谱仪3安装在光源其他位置，如结构拐角、内边，监控的光源参数会跟客户使用的光源参数存在一定的偏差，且光源变化的参数跟微型光谱仪3读取的参数不会呈同幅度的增加或减少，光源的监控效果也会因此而大大降低。

参阅图14，基于所述多光谱测试光源装置的多光谱调节与监控装置，主要包括首尾相连的主控制器、多光谱测试光源装置、光谱标定自动调光模块、数据传输模块。

所述多光谱测试光源装置，用于通过光谱通道拟合多光源光谱，调出不同波长的任一种光源，并进行光源的实时监控；所述光谱标定自动调光模块，用于根据客户设定测试要求对所述多光谱测试光源装置调出的光源进行自动调光及智能化光谱标定；所述主控制器，主要用于利用所述光谱标定自动调光模块控制所述多光谱测试光源装置调出客户设定测试要求的光源；所述数据传输模块，用于将所述光谱标定自动调光模块输出的调光参数与光谱标定参数传输至所述主控制器。

优选的，所述主控制器采用单片机，在其内置的软件(如图13所示)中对发光板上任一组灯珠均有对应的调光通道，如24组灯珠，则具有24组调光通道。软件使用时，一是用本身预设的多种光谱模板，二是直接调用客户光谱模板，调用后在软件上显示。当要校验当前光谱是否符合时，通过微型光谱仪监控实际光谱，对比模板光谱和实际光谱，最后通过调光通道来使实际符合模板。

所述多光谱调节与监控装置通过与多光谱测试光源装置外接，利用主控制器切换光源通道控制光源的亮度，方便将光源集成到客户的产品中，提高便捷性；利用所述光谱标定自动调光模块按照客户设定测试要求进行自动调光及智能化光谱标定，快速帮助摄像头产品参数标准统一化，提高效率；相比于传统摄像头测试给出拍照标准，测试后找出差别进行调整参数，本发明只需要客户在软件上设置好要测试的光源种类，产品方案可按照客户设置进行测试并给出当前光谱标定数据，客户根据反馈数据一步调试到位，快捷方便，自动化程度高，且准确性高。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种多光谱测试光源装置，其特征在于，主要包括控制单元、L型光筒、微型光谱仪、光学模组，所述L型光筒的一端与控制单元之间安装有发光板，L型光筒的另一端安装有光学模组；

所述控制单元控制发光板发出可见光光源全光谱或任一光源光谱至所述L型光筒中，所述L型光筒作为光发散的通道，通过光学模组将光发散出去，由位于光学模组的发光面侧边位置的微型光谱仪实时监控光谱。

2.根据权利要求1所述的多光谱测试光源装置，其特征在于，所述控制单元包括本体、位于本体内部的驱动与控制电路、散热风扇、位于本体一侧面的若干个外部控制接口，位于本体的另一侧面设置有发光板支撑板。

3.根据权利要求1所述的多光谱测试光源装置，其特征在于，所述发光板上集成有若干组不同类型的LED灯珠组合。

4.根据权利要求1所述的多光谱测试光源装置，其特征在于，所述微型光谱仪安装在L型光筒的侧面，微型光谱仪的监控端位于光学模组的发光面侧边位置。

5.根据权利要求1所述的多光谱测试光源装置，其特征在于，所述L型光筒远离发光板的一端设置有光学模组支撑板。

6.根据权利要求1或4或5任一项所述的多光谱测试光源装置，其特征在于，所述光学模组包括自下而上依次布置的导光板、反射膜、扩散板。

7.根据权利要求6所述的多光谱测试光源装置，其特征在于，在扩散板的顶面还设有上盖板。

8.基于权利要求1所述的多光谱测试光源装置的多光谱调节与监控装置，其特征在于，主要包括首尾相连的主控制器、多光谱测试光源装置、光谱标定自动调光模块、数据传输模块；

所述多光谱测试光源装置，用于通过光谱通道拟合多光源光谱，调出不同波长的任一种光源，并进行光源的实时监控；

所述光谱标定自动调光模块，用于根据客户设定测试要求对所述多光谱测试光源装置调出的光源进行自动调光及智能化光谱标定；

所述主控制器，主要用于利用所述光谱标定自动调光模块控制所述多光谱测试光源装置调出客户设定测试要求的光源；

所述数据传输模块，用于将所述光谱标定自动调光模块输出的调光参数与光谱标定参数传输至所述主控制器。

Images