CN113960804A - 一种连续光谱色温合成装置及合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种连续光谱色温合成装置及合成方法，卤钨灯发出的光线上，依次包括色散棱镜、线性渐变中性密度滤光片、色散棱镜、双边线性渐变中性密度滤光片、透镜、光纤。本发明由于采用光源为卤钨灯，其在可见光范围内光谱曲线连续，采用的线性渐变中性密度滤光片等光学元件在可见光范围内也不存在带通或带阻情况，合成色温的光谱在可见光范围内连续。本发明既可以调节峰值波长，又可以调节色温曲线上升下降的陡峭程度，其合成色温与通过普朗克黑体辐射公式计算出的色温曲线符合程度较高。

Description

一种连续光谱色温合成装置及合成方法
技术领域
本发明属于光学技术领域，具体涉及一种连续光谱色温合成装置及合成方法。
背景技术
目前，实现色温可调且高显色性的白光LED的方法有：
(1)采用多芯片加荧光粉，如采用至少两个蓝光芯片、一个黄光芯片以及绿色荧光粉和红色荧光粉组成的模块，制作色温可调整的高显色指数(Ra》80)的白光LED灯。但以蓝光激发红色荧光粉的激发效率低，导致LED灯亮度较低，实用性差。
(2)采用不同颜色LED组合，如采用白光加红蓝LED组合，通过分别控制白光、红光和蓝光LED的驱动电流，实现不同色温范围内显色指数大于90的可调白光。
该技术存在以下的缺点：
1、用多窄光谱发光器件，如LED(发光二极管)等进行色温合成，其合成光谱有较多峰谷，合成后色温曲线与通过普朗克黑体辐射公式计算出色温曲线有较大区别。
2、直接用红、绿、蓝等窄带发光二极管做光谱合成，有可能出现光谱不连续。
3、可合成光谱峰值有限，可合成色温种类较少。
专利CN201810620555.4提供了两步法合成N色(7≤N≤9)全光谱白光的方法，公开了两步法合成N色(7≤N≤9)全光谱白光的方法，其利用N种基色光谱进行混色；在色品图上根据N种基色光谱的色坐标位置分成三组并划出对应的图形，构成蓝光组三角形，黄绿光组三角形以及红光组，然后分别在三组图形内各取一点来构成一个内三角形；第一步先根据目标色温的色坐标，计算合成该色温所需的内三角形三个顶点光谱的光通量Y，Y，Y，第二步推算每个顶点对应的基色光谱的光通量Y，Y，……Y，得到该内三角形组合的合成光谱并计算对应的色度指标；遍历所有的内三角形组合，最终可以筛选得到合成目标色温的N种基色光谱最佳配比方案；从目标色温反推基色光谱的比例，提高了筛选精准度，避免了盲目计算，降低了计算量，缩短了筛选时间。该技术存在以下的缺点：
1、用多窄光谱发光器件，如LED(发光二极管)等进行色温合成，其合成光谱有较多峰谷，合成后色温曲线与通过普朗克黑体辐射公式计算出色温曲线有较大区别。
2、直接用红、绿、蓝等窄带发光二极管做光谱合成，有可能出现光谱不连续。
3、可合成光谱峰值点有限，可合成色温种类较少。
发明内容
本发明针对现有技术不足，而提供一种连续光谱色温合成方法及装置，要解决以下的技术问题：
1、合成色温的光谱在可见光范围内连续。
2、合成色温的光谱范围内与通过普朗克黑体辐射公式计算出色温曲线符合程度较高。
3、可合成峰值在可见光范围内的任意色温。
本发明特点是利用两块相对位置可调的棱镜产生各波长分开、宽度可调的平行光，再利用位置可调的双边线性渐变中性密度滤光片合成色温可调、光谱连续的色温。
本发明的目的由以下技术措施实现：
一种连续光谱色温合成装置，卤钨灯发出的光线上，依次包括色散棱镜、线性渐变中性密度滤光片、色散棱镜、双边线性渐变中性密度滤光片、透镜、光纤。
所述的双边线性渐变中性密度滤光片为两片条形线性渐变中性密度滤光片拼接形成，拼接后的条形线性渐变中性密度滤光片中间部分的透光率高，两边的透光率低。
连续光谱色温合成装置的合成方法，包括以下步骤：
卤钨灯发出的光线经色散棱镜将不同波长光线分开；
通过线性渐变中性密度滤光片将不同波长光线的幅值整形成相同大小；
再经过色散棱镜将不同光线由发散转为相互平行的光线；
再经过双边线性渐变中性密度滤光片，使不同波长光线之间的幅值比发生变化，从而形成某种色温；
最后用透镜将光线会聚入光纤中，供后续仪器或设备使用。
移动线性渐变中性密度滤光片，改变输出的峰值波长得到不同色温。
移动色散棱镜，改变色温曲线上升下降曲线的陡峭程度。
通过改变输出峰值波长，以及改变色温曲线上升下降的陡峭程度，模拟出色温曲线。
本发明由于采用光源为卤钨灯，其在可见光范围内光谱曲线连续，采用的线性渐变中性密度滤光片等光学元件在可见光范围内也不存在带通或带阻情况，合成色温的光谱在可见光范围内连续。
本发明提供的装置，既可以调节峰值波长，又可以调节色温曲线上升下降的陡峭程度，其合成色温与通过普朗克黑体辐射公式计算出的色温曲线符合程度较高。
渐变中性密度滤光片的最大透光点可移动范围能覆盖色散棱镜输出平行光线的宽度，则通过移动线性渐变中性密度滤光片位置来调节峰值波长，可合成峰值在可见光范围内的任意色温。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明改变峰值波长示意图；
图3是本发明改变色温曲线上升下降曲线的陡峭程度示意图。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
如图1所示，一种连续光谱色温合成装置，卤钨灯发出的光线上，依次包括色散棱镜1、线性渐变中性密度滤光片2、色散棱镜3、双边线性渐变中性密度滤光片4、透镜5、光纤6。
所述的双边线性渐变中性密度滤光片4为两片条形线性渐变中性密度滤光片拼接形成，拼接后的条形线性渐变中性密度滤光片中间部分的透光率高，两边的透光率低。
一种连续光谱色温合成装置的合成方法，包括以下步骤：
卤钨灯发出的光线经色散棱镜1将不同波长光线分开；
通过线性渐变中性密度滤光片2将不同波长光线的幅值整形成相同大小；
再经过色散棱镜3将不同光线由发散转为相互平行的光线；
再经过双边线性渐变中性密度滤光片4，使不同波长光线之间的幅值比发生变化，从而形成某种色温；
最后用透镜5将光线会聚入光纤6中，供后续仪器或设备使用。
移动线性渐变中性密度滤光片4，改变输出的峰值波长得到不同色温。
具体实施如图2所示，将线性渐变中性密度滤光片4由实线位置Ⅰ移动到虚线位置Ⅱ，由于线性渐变中性密度滤光片4的透过率最高点的位置发生移动，透过光线峰值波长的位置发生改变，透过光线的幅值也从曲线Ⅲ变为曲线Ⅳ。通过以上操作可以得到任意色温。
要改变色温曲线上升下降曲线的陡峭程度，只需移动色散棱镜3，即可得到。具体实施如图3所示，将色散棱镜3由实线位置a移动到虚线位置b，入射到线性渐变中性密度滤光片4上的光束宽度变宽，由于位于线性渐变中性密度滤光片两端的透过率降低，上升下降曲线的陡峭程度增加，使透过光线的幅值曲线也从c变为d。要使上升下降曲线的陡峭程度减少，只需反向移动将色散棱镜3即可。
通过改变输出峰值波长，以及改变色温曲线上升下降的陡峭程度就能很好的模拟出与通过普朗克黑体辐射公式计算出色温曲线符合程度较高的不同的色温曲线。

Claims (5)

1.一种连续光谱色温合成装置，其特征在于，卤钨灯发出的光线上，依次包括色散棱镜(1)、线性渐变中性密度滤光片(2)、色散棱镜(3)、双边线性渐变中性密度滤光片(4)、透镜(5)、光纤(6)；
所述的双边线性渐变中性密度滤光片(4)为两片条形线性渐变中性密度滤光片拼接形成，拼接后的条形线性渐变中性密度滤光片中间部分的透光率高，两边的透光率低。
2.根据权利要求1所述的一种连续光谱色温合成装置的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
卤钨灯发出的光线经色散棱镜(1)将不同波长光线分开；
通过线性渐变中性密度滤光片(2)将不同波长光线的幅值整形成相同大小；
再经过色散棱镜(3)将不同光线由发散转为相互平行的光线；
再经过双边线性渐变中性密度滤光片(4)，使不同波长光线之间的幅值比发生变化，从而形成某种色温；
最后用透镜(5)将光线会聚入光纤(6)中，供后续仪器或设备使用。
3.根据权利要求2所述的一种连续光谱色温合成装置的合成方法，其特征在于，移动线性渐变中性密度滤光片(4)，改变输出的峰值波长得到不同色温。
4.根据权利要求2所述的一种连续光谱色温合成装置的合成方法，其特征在于，移动色散棱镜(3)，改变色温曲线上升下降曲线的陡峭程度。
5.根据权利要求2所述的一种连续光谱色温合成装置的合成方法，其特征在于，通过改变输出峰值波长，以及改变色温曲线上升下降的陡峭程度，模拟出色温曲线。
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