CN204373778U - 一种光信号接收器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光信号接收器，在光电接收部件上设置若干通光处，光电接收部件和通光处接收待测光信号，在同一光学接收面上实现多种光色性能的探测；通光处以及光电接收部件的紧凑设计，可有效减小空间光色分布不均匀带来的测量误差；此外，光电接收部件和测量装置之间可相互校正，进一步提高测量准确度。该光信号接收器具有结构紧凑、测量准确度高、测试功能强大等特点，可广泛应用于各种高精度测量场合，特别是各种高精度小型/微型光学探测测试场合。

Description

一种光信号接收器

【技术领域】

本实用新型涉及光学辐射测量技术领域，具体是指一种光信号接收器。

【背景技术】

传统的光信号接收器一般仅能实现一种测量功能，在需要多种测量功能的应用场合，一般采用多个接收器进行组合测量。现有的组合包括设置多个接收器，各个接收器之间的位置不严格要求，仅可接收到待测光信号即可，如公布号为CN101290246A的专利；或者对各个接收器之间的位置有要求，如公布号为CN202676283U的专利中，光谱仪的受光口与光度探头并列设置，一次采样即可完成空间光强分布和颜色分布的同时测量；或者将各个接收器设置同一取样装置中，如公布号为CN103344329A的专利中将光谱测量模块和光度测量模块设置在同一取样装置中。

然而，上述现有技术中各个接收器无论设置方式如何，不同接收器均是独立的部件，对于高精度测量场合，各个不同接收器需要保持相同的测试条件，这对仪器的机械要求较高，较难保证不同接收器的采样面甚至光敏面保持一致，更难以实现不同接收器所测到的是同一性质的光，从而造成测量误差；此外，对于光色分布变化剧烈的光源或者光色分布不均匀的小尺寸光源，如LED灯珠，在人眼可辨别的小角度下即可具有较大光色分布差别，相互独立的不同接收器存在较大的几何尺寸差异，不同接收器采集的光信号本身就具有较大差异，包括光谱组成误差，从而给测量结果带来较大误差，影响测量精度。

【实用新型内容】

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型旨在提供一种多种探测功能一体化设置的新型光信号接收器，多种光电探测器的受光口设置在同一光学接收面，保证了采样信号的一致性，从而大大提高测量精度，适用于各种高精度测量场合需求；一体化设计、结构紧凑，是各种小型及微型测试系统的理想探测方案。

本实用新型所述的一种光信号接收器，其特征在于，包括光电接收部件，在所述的光电接收部件上设置一个或者以上通光处，所述的光电接收部件和通光处接收待测光信号。

本实用新型在光电接收部件上设置若干通光处，在光电接收部件接收光信号的同时，若干通光处后面设置对应的光学测量装置，实现对于待测光信号的多种光学性能的测量，这样，多个光学测量装置在同一光学接收面上实现了对于待测光信号的测量，保证了被采样的待测光信号的高度一致大幅减小空间光色分布不均匀带来的测量误差，从而使得该一体化设计的光信号接收器可更准确测量待测光信号的光色参数。

光电接收部件可以是一个光电接收元件，也可以是由多个光电接收元件组成；通光处可以是一处通光，也可以是多处通光，通光处可以是通光圆孔，通光处也可以是通光的狭缝。与现有技术相比，本实用新型结构紧凑、测量准确度高、测试功能强大，可广泛应用于各种高精度测量场合，特别是各种高精度小型/微型探测测试场合中。

本实用新型可以通过以下技术措施进一步加以限定和完善：

作为一种技术方案，所述的通光处设置在光电接收部件的中心，可减少两个采样装置位置的差异对测量结果的影响。

作为一种技术方案，至少包括一个测量装置，所述的通光处直接为对应的测量装置的入光口，测量装置直接接收来自通光处的光信号，光信号通过通光处直接进入测量装置，若测量装置为光谱测量装置，通光处直接为光谱测量装置的入光口，即入射狭缝。或者所述的通光处后设置导光装置，将待测光信号导入到对应的测量装置中的入光口处，光线再经入光口进入到测量装置中进行测量。

需要说明的是，本实用新型中可包括多个测量装置，例如包括用于测量通过通光处的光信号的光谱功率分布的光谱测量装置、用于测量光源亮度的亮度测量装置等，在光电接收部件上开设对应的通光处，通光处将待测光信号分别导入到不同的测量装置中测量，则可实现同一信号、不同光色性能的同时测量，测量速度快、准确度高。

作为优选，所述的光谱测量装置包括分光装置和阵列探测器，来自入光口的待测光信号经分光装置分光后，被阵列探测器接收。

作为优选，在所述的光电接收部件上直接镀膜，光电接收部件或者在光电接收部件前设置滤光片，以改变光电接收部件的光电输出对于入射光的光谱响应灵敏度曲线。较为典型的一个应用实例是，光电接收部件和滤光片组成光度探头。

作为一种技术方案，包括微处理器，所述的微处理器与光电接收部件和测量装置电连接或者无线连接，所述的微处理器对接收到的来自测量装置与光电接收部件的测量信号进行校正处理，最终得到测量结果的精确值。具体地，如光电接收部件为光度探头的光敏面，测量装置为光谱测量装置，光电接收部件测得的光度测量值和光谱测量装置的光谱测量值可相互校正，提高测量准确度。例如可利用测得的光谱测量值获得光谱解析校正系数，校正光度探头的光谱失匹配误差，得到高准确度的光度量值，具体的校正步骤如下：

a.微处理器得到光电接收部件测量的待测光信号的光度量；

b.微处理器得到光谱测量装置测量的待测光信号的相对光谱功率分布；

c.计算光谱解析校正系数K1，按照以下公式计算：

$K1=\frac{{\∫}_{380}^{780}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{t}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{t}s{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{\mathrm{rel}}\mathrm{d\λ}}\·\frac{{\∫}_{380}^{780}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{s}s{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{\mathrm{rel}}\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{s}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

式中，V(λ)为已知CIE标准光谱光效率函数，s(λ)_rel为光电接收部件对于入射光的事先已经精确测得的相对光谱灵敏度，P(λ)_s为用于校准光电接收部件的标准光源的已知相对光谱功率分布，P(λ)_t为光谱测量装置测得的待测光信号的相对光谱功率分布。

d.将光电接收部件测量的光度量乘以K1，即可得到待测光信号的精确光度量。

此外，还可利用光电接收部件的测量值与光谱测量装置获得的相对光谱功率分布相结合，获得待测光信号的绝对光谱功率分布。具体做法是：

a.微处理器得到光谱测量装置测量的待测光信号的相对光谱功率分布；

b.微处理器得到光电接收部件的测量值；

c.计算待测光信号的绝对光谱功率分布：

$P\left(\mathrm{\λ}\right)=P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_t\·\frac{S}{{\∫}_{\mathrm{\λ}}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{t}s\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

式中，S为光电接收部件的测量值，s(λ)为光电接收部件的光谱灵敏度。

为实现两者相互校正，所述的光谱测量装置的测量波段与光电接收部件的探测波段应相对应。例如，所述的光谱测量装置的测量波段范围覆盖光电接收部件的探测波段，则整个光电接收部件探测波段内的测量值均可得到校正；若光电接收部件的探测波段与光谱测量装置的测量波段相同，则可利用光电接收部件的光度值与光谱测量装置获得的相对光谱功率分布相结合，获得待测光信号的绝对光谱功率分布。

作为优选，所述的光电接收部件为硅光电池，光电接收部件可以是照度、亮度等探头的光敏面。硅光电池具有线性动态范围宽、效率高、体积小、重量轻、寿命长等特点。

作为一个典型的应用方案，在所述的光电接收部件的中心开通光处，光面接收面为硅光电池，在硅光电池前设置改变其对于待测光信号光谱响应灵敏度曲线的光学滤色器(直接在硅光电池上镀膜或者在其前面设置滤光片)，通光处即为光谱测量装置的入射狭缝，光谱测量装置包括用于分光的光栅和用于接收光谱信号的阵列探测器。更为优化的方案是，进一步集成微处理器，用于处理光电接收部件和光谱测量装置所测得的光信号，两者相互校正，以获得更高测量精度。

综上，本实用新型公开了一种光信号接收器，在光电接收部件上设置若干通光处，光电接收部件和通光处接收待测光信号，可在同一光学接收面上实现多种光色性能的探测。通光处以及光电接收部件的紧凑设计，可有效减小空间光色分布带来的测量误差；此外，相同测试条件下的不同光色性能测量值之间可相互校正，进一步提高测量准确度。该光信号接收器具有设计巧妙、结构紧凑、测量准确度高、测试功能强大等特点，可广泛应用于各种高精度测量场合，特别是各种高精度小型/微型探测测试场合。

【附图说明】

附图1是实施例1的结构示意图；

附图2是光电接收部件与通光处位置关系的示意图；

附图3是实施例2的结构示意图。

1-光电接收部件，2-通光处，3-测量装置，4-入光口，5-微处理器，6-分光装置，7-阵列探测器，8-透镜。

【具体实施方式】

实施例1

如图1和图2所示，本实施例公开的光信号接收器的光电接收部件1为照度探头，测量装置3为光谱仪，通光处2为光谱仪的光狭缝，整个系统包括：照度探头、光谱仪和微处理器5。其中，光谱仪包括入光口4、分光装置6和阵列探测器7，照度探头和光谱仪的阵列探测器7与微处理器5电连接。

测量时，待测光信号照射在光信号接收器上，一部分光信号通过光狭缝2进入光谱仪4，经光栅分光后的光线照射到阵列探测器7上，阵列探测器7将光信号转换成电信号传送给微处理器5，经微处理器5处理得到被测光3的光谱功率分布。同时，另一部分光信号被照度探头采集，将光信号转换成电信号传送给微处理器5，经微处理器5处理得到待测光信号的照度量。微处理器5首先将得到的照度量与相对光谱功率分布相结合，得到待测光信号的绝对光谱功率分布，然后再通过计算校正系数对测量区域内的照度值进行校正。按照以下公式计算光谱解析校正系数K1：

$K1=\frac{{\∫}_{380}^{780}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{t}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{t}s{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{\mathrm{rel}}\mathrm{d\λ}}\·\frac{{\∫}_{380}^{780}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{s}s{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{\mathrm{rel}}\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}P{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{s}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

式中，V(λ)为已知CIE标准光谱光效率函数，S(λ)_rel为照度探头事先已经精确测得的相对光谱灵敏度，P(λ)_s为用于校准照度探头的标准光源的已知相对光谱功率分布，P(λ)_t为测得的待测光信号的相对光谱功率分布。

将照度探头测得的照度量乘以K1，即可得到待测光信号的精确照度量。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1所不同的是，光电接收部件1为亮度探头，光谱仪的光狭缝紧贴通光处2设置，在亮度探头前设置透镜8。

测量时，被测光透过透镜8照射到光信号接收器上，通过通光处2的光信号经光狭缝进入光谱仪。

Claims (13)

1.一种光信号接收器，其特征在于，包括光电接收部件(1)，在所述的光电接收部件(1)上设置通光处(2)，所述的光电接收部件(1)和通光处(2)接收待测光信号。

2.如权利要求1所述的光信号接收器，其特征在于，所述的通光处(2)设置在光电接收部件(1)的中心。

3.如权利要求1所述的光信号接收器，其特征在于，包括测量装置(3)，所述的通光处(2)直接为对应的测量装置(3)的入光口(4)，测量装置(3)直接接收来自通光处(2)的光信号；或者所述的通光处(2)设导光装置，导光装置将待测光信号导入到对应的测量装置(3)中的入光口(4)处。

4.如权利要求3所述的光信号接收器，其特征在于，所述的测量装置(3)为光谱测量装置。

5.如权利要求4所述的光信号接收器，其特征在于，所述的光谱测量装置测得待测光信号的相对光谱功率分布，根据所测得的相对光谱功率分布对光电接收部件(1)的测量值进行校正，得到精确的测量结果。

6.如权利要求4所述的光信号接收器，其特征在于，所述的光电接收部件(1)的测量值对光谱测量装置测得的相对光谱功率分布进行校正，得到待测光信号的绝对光谱功率分布。

7.如权利要求1或5或6所述的光信号接收器，其特征在于，包括微处理器(5)，所述的微处理器(5)对接收到的来自测量装置(3)与光电接收部件(1)的测量信号进行校正处理。

8.如权利要求5或6所述的光信号接收器，其特征在于，所述的光谱测量装置的测量波段与光电接收部件(1)的探测波段相对应。

9.如权利要求8所述的光信号接收器，其特征在于，所述的光谱测量装置的测量波段覆盖光电接收部件(1)的探测波段。

10.如权利要求4所述的光信号接收器，其特征在于，所述的光谱测量装置包括入光口(4)，分光装置(6)和阵列探测器(7)，来自入光口(4)的待测光信号经分光装置(6)分光后，被阵列探测器(7)接收。

11.如权利要求10所述的光信号接收器，其特征在于，所述的通光处(2)直接为光谱测量装置的入光口(4)，且入光口(4)为光谱测量装置的入射狭缝。

12.如权利要求1或5或6所述的光信号接收器，其特征在于，所述的光电接收部件(1)为硅光电池。

13.如权利要求1所述的光信号接收器，其特征在于，在所述的光电接收部件(1)上直接镀膜，或者在所述的光电接收部件(1)的前方设置滤光片。