CN209326789U - 一种光谱分布可调的均匀光源系统 - Google Patents

Abstract

一种光谱分布可调的均匀光源系统，分光器件将光源各波长单色光分离出；分离出的各波长单色光经过聚焦透镜汇聚在通光控制阵列上，通光控制阵列对汇聚的各波长单色光具有选择性，控制透过光的亮度，实现均匀光源输出光谱分布可调；积分球上设有入射口，出射口和探测口；积分球内壁具有高漫反射率涂层，用于将输入的光进行混光，并在出射口输出均匀性较高的光；入射口与通光控制阵列连接；探测口和检测部件用光纤连接。分光器件将普通的入射光源分成各波长上的光调节通光控制阵列两端电压，实现对各波长上单色光通过的控制，对光谱具有选择性，控制透过光的亮度，实现均匀光源输入光谱分布可调，在积分球内进行混光，实现均匀光源功能。

Description

一种光谱分布可调的均匀光源系统

技术领域

本实用新型涉及光谱辐射测量校正领域，具体为一种均匀光源。

背景技术

均匀光源作为理想的匀光装置，其特点为输出的光谱、光辐射具有较好的朗伯特性和较高的均匀度，常用于成像系统、探测器件的光谱校正，以及校准航天遥感遥测探测系统均匀性校正。均匀光源的基本结构为内部空心的球体，球壁上均匀喷涂反射率高的漫射材料，球壁上开有输入光源口和一个出射口，通过探测器或光谱仪监测输出情况，提供各种光度、辐射度、均匀度等信息。

传统均匀光源出射光一般为入射光源的线性叠加，由于受入射光源限制及需要涵盖较宽光谱范围，出射光谱分布很难做到对单波长光亮度可调。即使使用的是窄带入射光源，由于受入射光源个数限制，很难在比较宽的光谱范围内实现连续单波长光亮度的调节。

目前市场上的定制均匀光源系统多为使用窄带LED光源作为输入光源，覆盖的光谱范围较窄，也不是连续波长可调，可以实现的光谱分布也受到局限。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光谱分布可调的均匀光源，使用一般的入射光源，通过分光器件及通光控制阵列控制入射进入积分球的光波长和亮度，再在积分球内进行混光，实现均匀光源输出光谱分布可调，且光谱在任意波长实现可调。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光谱分布可调的均匀光源系统，所述分光器件将光源各波长单色光分离出；分离出的各波长单色光经过聚焦透镜汇聚在通光控制阵列上，通光控制阵列对汇聚的各波长单色光具有选择性，并可控制透过光的亮度，实现均匀光源输出光谱分布可调；所述积分球上设有一个入射口，一个出射口和一个探测口；积分球内壁具有高漫反射率涂层，用于将输入的光进行混光，并在出射口输出均匀性较高的光；入射口与通光控制阵列连接；探测口和检测部件用光纤连接。

本实用新型和现有技术相比，其优点在于：通过分光器件将普通的入射光源分成各波长上的光，再通过调节通光控制阵列两端电压，控制其偏振状态，实现对各波长上单色光通过的控制，从而对光谱具有选择性，并可以控制透过光的亮度，实现均匀光源输入光谱分布可调，最后在积分球内进行混光，实现均匀光源的功能。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的实施例1的结构示意图。

附图标记说明：光源(1)、分光器件(2)、聚焦透镜(3)、通光控制阵列(4)、积分球(5)、入射口(6)、出射口(7)、探测口(8)、检测部件 (9)、光纤(10)。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本实用新型公开的示例性实施例，然而应当理解，本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同时，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

一种光谱分布可调的均匀光源系统，包括普通的光源1、分光器件2、聚焦透镜3、通光控制阵列4、积分球5、入射口6、出射口7、探测口8、检测部件 9和光纤10。

分光器件2将光源1各波长单色光分离出；分离出的各波长单色光经过聚焦透镜3汇聚在通光控制阵列4上，通光控制阵列4对汇聚的各波长单色光具有选择性，并可控制透过光的亮度，实现均匀光源输出光谱分布可调；积分球5上设有一个入射口6，一个出射口7和一个探测口8；积分球5内壁具有高漫反射率涂层，用于将输入的光进行混光，并在出射口7输出均匀性较高的光；入射口6 与通光控制阵列4连接；探测口8和检测部件9用光纤10连接。

实施例

如图1所示，普通的光源1发光，输入在分光器件2上，通过分光器件2 将入射光源分光成单波长的光。再通过聚焦透镜3将单波长的光入射到通光控制阵列4，通过调节通光控制阵列4两端电压，控制不同波长光透过率，实现入射积分球光的控制。积分球5的入射口6进入积分球进行混光，由出射口7输出均匀的光。探测口8上用光纤连接检测部件9，实时监测球体内的光谱，光辐射性能，并反馈均匀光源输出光谱情况，实现自动调节功能。

高漫反射率涂层采用含钡硫材料配制而成的涂料喷涂而成；经过这种涂料喷涂的表面具有近乎完美的漫反射特性，在400至1100nm波长范围内的反射率大于95％；高漫反射率涂层可通过喷涂的方式被轻松涂覆在任何基板上；基板表面需先经过特殊处理，一般先需要对基板表面进行除脂，然后再进行喷砂处理使基板表面变得粗糙，最后再进行喷涂和烘干。这样的喷涂方式实现了更快速的原型制作，并确保了最终设计不受涂覆工艺的限制；而且用此方式制作而成的高漫反射涂层价格便宜且无毒，在100℃左右的温度下具有较好的热稳定性。

分光器件2为特殊设计的棱镜光栅，分光器件2具有分光谱作用及高透过率；该分光器件可以是光栅或者棱镜等类似器件。

分光器件2的分光谱作用实现原理：对同一种介质，光的频率越高，介质对这种光的折射率就越大。在可见光中，紫光的频率最高，红光频率最小。当白光通过棱镜时，棱镜对紫光的折射率最大，光通过棱镜后，紫光的偏折程度最大，红光偏折程度最小。这样，棱镜将不同频率的光分开。根据折射定律可以计算不同颜色的光经过棱镜后入射角和折射角的关系，从而确定不同颜色的光经棱镜折射后的位置。

光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。

由光栅方程d(sinα+sinβ)＝mλ可知，对于相同的光谱级数m，以同样的入射角α投射到光栅上的不同波长λ1、λ2、λ3.....组成的混合光，每种波长产生的干涉极大都位于不同的角度位置；即不同波长的衍射光以不同的衍射角β出射。这就说明，对于给定的光栅，不同波长的同一级主级大或次级大构成同一级光栅光谱中的不同波长谱线都不重合，而是按波长的次序顺序排列，形成一系列分立的谱线。这样，混合在一起入射的各种不同波长的复合光，经光栅衍射后彼此被分开。这就是衍射光栅的分光原理。

分光器件2的高透过率作用实现原理：通过在分光器件表面增加增透膜。

通光控制阵列4，通过调节LCD的偏振状态实现控制各波长上单色光的透过情况；通光控制阵列4配有控制系统，通过调节阵列式器件的透过状态。

通光控制阵列4的控制系统包括电流电压源，电流电压计，电流电压反馈装置，通过输出不同电流电压大小控制LCD偏振状态，从而实现控制个波长上单色光透过情况。LCD的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT薄膜晶体管，上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电流电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

聚焦透镜3确保需要的光谱能通过LCD，并减少能量损失。聚焦透镜起会聚作用，将分散的光会聚到LCD上，确保需要的光谱能通过LCD，从而减少能量损失。

检测部件9以实时监测球体内的光谱，光辐射性能，可以实时反馈均匀光源输出光谱情况，实现自动调节功能；检测部件9为光电探头，光度计或光谱仪。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (1)

1.一种光谱分布可调的均匀光源系统，其特征在于：包括普通的光源(1)、分光器件(2)、聚焦透镜(3)、通光控制阵列(4)、积分球(5)、入射口(6)、出射口(7)、探测口(8)、检测部件(9)和光纤(10)；

所述分光器件(2)将光源(1)各波长单色光分离出；分离出的各波长单色光经过聚焦透镜(3)汇聚在通光控制阵列(4)上，通光控制阵列(4)对汇聚的各波长单色光具有选择性，并可控制透过光的亮度，实现均匀光源输出光谱分布可调；所述积分球(5)上设有一个入射口(6)，一个出射口(7)和一个探测口(8)；积分球(5)内壁具有高漫反射率涂层，用于将输入的光进行混光，并在出射口(7)输出均匀性较高的光；入射口(6)与通光控制阵列(4)连接；探测口(8)和检测部件(9)用光纤(10)连接。