專利名稱：多光譜均勻面光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)成像測試技術(shù)領(lǐng)域，可用于生成多光譜均勻發(fā)光面，主要適用于
相機(jī)等光電成像設(shè)備的像面均勻性與光譜響應(yīng)檢測。
背景技術(shù)：
航天科技工業(yè)領(lǐng)域的光電成像系統(tǒng)發(fā)展迅速，當(dāng)今許多新型的成像衛(wèi)星平臺上添 加了高性能光電成像系統(tǒng)。光電設(shè)備作為衛(wèi)星的"眼睛"，已經(jīng)成為衛(wèi)星上重要的有效載荷， 主要用于實現(xiàn)對地目標(biāo)的觀察與測繪功能。 光電成像系統(tǒng)中的核心部件——高精度CCD圖像傳感器是由離散的光敏像元組成 的。盡管現(xiàn)代傳感器的幾何尺寸精度很高，但每個像素的響應(yīng)度仍有所不同，輸出的圖像信 號勢必會出現(xiàn)偏差；由于光學(xué)鏡頭的設(shè)計與加工中引起的漸暈也會影響像面亮度的變化。 這兩方面原因會造成光電成像系統(tǒng)像面的不均勻性，會影響衛(wèi)星對目標(biāo)的識別能力并加大 了圖像處理的難度。 近年來光電成像系統(tǒng)通常還具有多光譜成像能力，多光譜成像不僅可以根據(jù)影像 的形態(tài)和結(jié)構(gòu)的差異判別地物，還可以根據(jù)光譜特性的差異判別地面的物質(zhì)類型。多光譜 成像相機(jī)不同譜段的光譜響應(yīng)度會直接影響到對地目標(biāo)的光譜遙感精度，影響對地物的判 別能力。 目前，星載相機(jī)的像面均勻性與光譜響應(yīng)度檢測與標(biāo)定，需要使用積分球與多光 譜光源。測試系統(tǒng)如圖7所示，多光譜光源的出射光線經(jīng)過在積分球內(nèi)表面多次散射后，可 形成均勻高于95%的朗伯面。調(diào)整被測相機(jī)對準(zhǔn)積分球出口 ，拍攝朗伯面，通過分析相機(jī)的 圖像文件即可得到相機(jī)的像面均勻性。再通過調(diào)整多光譜光源的出射照度與出射光譜，分 析多張不同照度條件下的相機(jī)圖像，可得出相機(jī)的光譜響應(yīng)度參數(shù)。 使用積分球檢測相機(jī)性能的測量精度高，但是積分球的體積龐大、操作復(fù)雜，只適 用于相機(jī)的實驗室內(nèi)檢測，不能滿足相機(jī)在研制、裝配、調(diào)試過程中的快速檢測需求。因此， 針對現(xiàn)今的星載高分辨力多光譜成像相機(jī)，急需一種體積小、重量輕、口徑大、便攜性好的 多光譜均勻面光源，要求其照度均勻性優(yōu)于95%、出口照度線性可調(diào)、發(fā)光譜段可切換。
目前，平面顯示領(lǐng)域中的小型面光源技術(shù)發(fā)展迅速，其中主要是基于導(dǎo)光板作 為導(dǎo)光介質(zhì)的面光源，專利有ZL03101472. 0、 ZL03126820. X、 US4714983、 US4974122、 US6608614B1 ，這些面光源具有體積小、重量輕的特點。但是由于導(dǎo)光板工作原理的限制，通 常情況下，大口徑的導(dǎo)光板面光源的像面均勻性在85%左右，不能滿足均勻性測試的基本 要求。 作為另一種廣泛應(yīng)用的新型照明光源，LED器件具有發(fā)光效率高、體積小、壽命長 的特點。專利200810104199. 7中使用散光板與曲面反光板構(gòu)成面光源，具有很好的穩(wěn)定性 與安全可靠性，但是其中的曲面反光板加工復(fù)雜，面光源外形厚度較大。另一類LED面光源 中由于使用LED陣列照明，不需要導(dǎo)光板或反光板，例如專利CN201057435Y采用可調(diào)恒流 源驅(qū)動LED陣列，提供一種體積小、高均勻、低散熱的均勻面光源，但該裝置不具有多光譜
3特性，不能實現(xiàn)多種光譜響應(yīng)度檢測。專利CN2852594Y中，采用多種顏色的LED構(gòu)成LED 陣列，提供了一種色調(diào)可變的面光源，但是其采用的P麗驅(qū)動方式會使LED陣列產(chǎn)生高頻閃 爍，這種高頻閃爍人眼不可察覺，但會引起被測相機(jī)的照片亮度的不穩(wěn)定，影響相機(jī)測量準(zhǔn) 確性。 針對以上面光源存在的問題，本發(fā)明采用多光譜LED陣列與勻光系統(tǒng)生成均勻朗 伯面，提供一種體積小、重量輕、均勻性好的多光譜面光源，作為積分球高精度測量手段的 有益補(bǔ)充，滿足相機(jī)均勻性與光譜響應(yīng)度的快速檢測與標(biāo)定需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了滿足相機(jī)均勻性與光譜響應(yīng)度的快速檢測與標(biāo)定需求，提出 一種多光譜均勻面光源，利用勻光系統(tǒng)散射多光譜LED陣列發(fā)出的光線，生成多種光譜的 均勻朗伯面。 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。 本發(fā)明的多光譜均勻面光源，包括機(jī)殼，以及固定在機(jī)殼內(nèi)部的光源控制器與光 源驅(qū)動器，其中光源控制器通過電路與光源驅(qū)動器連接；還包括勻光系統(tǒng)和多光譜LED陣 列，其中勻光系統(tǒng)固定在機(jī)殼的出光口上，多光譜LED陣列固定于機(jī)殼內(nèi)部，多光譜LED陣 列射出的多光譜光線透過勻光系統(tǒng)后由機(jī)殼的出光口射出。 所述光源控制器可以動態(tài)切換多光譜LED陣列的發(fā)射光譜，形成光譜輪閃。
所述多光譜LED陣列由多個LED單元構(gòu)成，相鄰的LED單元可以按照等邊三角形 或正方形或六角形排列或均勻排布，每個LED單元至少由兩片不同光譜的LED燈構(gòu)成。
所述LED燈是單光譜LED或多光譜LED。 所述多光譜LED陣列中具有相同光譜的LED燈通過電路互相串聯(lián)或并聯(lián)或混聯(lián)， 然后通過電路與光源驅(qū)動器連接。 所述勻光系統(tǒng)由至少一塊具有多光譜漫反射能力的透射板構(gòu)成。 所述多光譜均勻面光源還可以包括操作界面，操作界面通過信號線與光源控制器連接。 所述多光譜均勻面光源還可以包括操作界面、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)，其中計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò) 與操作界面連接。 所述多光譜均勻面光源還可以包括裝卡接口 ，與機(jī)殼和被測對象進(jìn)光口連接。
有益效果 本發(fā)明對比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點 提出一種多光譜均勻面光源，其利用多種光譜LED空間排布構(gòu)成多光譜LED陣列， 發(fā)出的光線經(jīng)勻光系統(tǒng)散射后，可生成多光譜的均勻朗伯面，這是區(qū)別于已有技術(shù)的創(chuàng)新 點之一。 通過光源控制器動態(tài)切換多光譜LED陣列的發(fā)射光譜，形成光譜頻閃，可用于相
機(jī)的光譜動態(tài)響應(yīng)檢測，這是區(qū)別于已有技術(shù)的創(chuàng)新點之二。 本發(fā)明特點 1.光源機(jī)殼中的硬件只包括勻光系統(tǒng)與多光譜光源電路板，譜段可選擇，朗伯面 的照度可調(diào)，均勻性好，系統(tǒng)重量輕、體積小、便攜性好。
2.光源可以采用穩(wěn)流或穩(wěn)壓方式驅(qū)動多光譜LED陣列，與脈寬調(diào)制(P麗)的調(diào)光 方式相比，光源亮度穩(wěn)定性好。 3.光源可以通過裝卡接口與被測對象進(jìn)光口直接連接，光源的安裝不需其他支撐 機(jī)構(gòu)，安裝方便。同時可以防止外界光線進(jìn)入被測相機(jī)的通光口徑，測量過程不需要在暗室 中進(jìn)行。 4.使用者可以通過計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)與操作界面連接，實現(xiàn)光源的計算機(jī)遠(yuǎn)程控制。
5、通過改變各個光譜的發(fā)光強(qiáng)度，可實現(xiàn)多光譜混色。


圖1為本發(fā)明多光譜均勻面光源的裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明中多光譜LED陣列的局部電路示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例中多光譜光源電路板的正面電路；
圖5為本發(fā)明實施例中多光譜光源電路板的反面電路；
圖6為LED燈的電路連接關(guān)系示意圖；
圖7為積分球測量相機(jī)均勻性的測試裝置簡圖； 其中1-被測相機(jī)進(jìn)光口 、2-裝卡接口 、3-勻光系統(tǒng)、4-多光譜光源電路板、5-機(jī) 殼、6_操作界面、7-網(wǎng)絡(luò)、8-計算機(jī)、9_電源、10_光源驅(qū)動器、11_光源驅(qū)動器、12-光源驅(qū) 動器、13-光源控制器、14-多光譜LED陣列、15-工控人機(jī)界面、16-交換機(jī)、17-LED單元、 18-紅色LED燈、19-綠色LED燈、20-藍(lán)色LED燈、21-近紅外LED燈、22-可調(diào)恒流源、23-可 調(diào)恒流源、24-可調(diào)恒流源、25-可調(diào)恒流源、26-單片機(jī)、27-串口電路、28_積分球、29-多 光譜光源、30-積分球出口 、31-LED燈、32-紅色LED燈、33_綠色LED燈、34_藍(lán)色LED燈、 35-近紅外LED燈。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 本發(fā)明的基本思想是通過光源控制器調(diào)整光源驅(qū)動器的輸出電流或電流，實現(xiàn)多 光譜LED陣列的光譜切換與光照度調(diào)節(jié)，進(jìn)而借助勻光系統(tǒng)的漫反射特性生成多種光譜的
均勻朗伯面。
實施例 本實施例是針對通光口徑150mm被測相機(jī)的多光譜均勻面光源，可生成紅、綠、 藍(lán)、近紅外四個光譜的均勻發(fā)光面。 如圖3所示，多光譜均勻面光源中包括裝卡接口2、勻光系統(tǒng)3、多光譜光源電路板 4、機(jī)殼5、15_工控人機(jī)界面、交換機(jī)16、計算機(jī)8、電源9。
其中 裝卡接口 2與機(jī)殼5連接，其內(nèi)沿尺寸與被測對象進(jìn)光口 1的外沿尺寸相同，可將 整個面光源固定在被測對象進(jìn)光口l上。 勻光系統(tǒng)3安裝在機(jī)殼5的出光口上，位于被測對象進(jìn)光口 1與多光譜光源電路 板4之間。勻光系統(tǒng)3選用口徑180mm的圓形乳白玻璃，可散射多光譜光源電路板4發(fā)射的多光譜光線，形成多光譜的均勻朗伯面。 多光譜光源電路板4通過電纜與電源9連接，通過串口信號線與工控人機(jī)界面15 連接。多光譜光源電路板4由電源9供電，在工控人機(jī)界面15的控制下可以實現(xiàn)發(fā)射光譜 的切換與照度調(diào)節(jié)。 計算機(jī)8與工控人機(jī)界面15通過交換機(jī)16實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，計算機(jī)8上安裝采用 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的控制程序，可借助交換機(jī)16向工控人機(jī)界面15發(fā)送控制指令。使用者 可以在計算機(jī)8上對工控人機(jī)界面15進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，間接控制多光譜光源電路板4發(fā)射光 譜的切換與照度調(diào)節(jié)。 如圖4、圖5所示，上述多光譜光源電路板4為200mm直徑的圓形電路板，由多光譜 LED陣列14、單片機(jī)26、可調(diào)恒流源22、可調(diào)恒流源23、可調(diào)恒流源24、可調(diào)恒流源25及串 口電路27構(gòu)成。 其中圖4為多光譜光源電路板4的正面，多光譜光源電路板4的發(fā)光單元是多光 譜LED陣列14，直徑180mm，由36個LED單元17組成，相鄰LED單元之間的水平間距與垂 直間距相同。LED單元17由4種光譜的LED燈構(gòu)成，4個LED燈呈正方形排列，LED燈之間 的水平間距與垂直間距相同，其中紅色LED燈18的波長為620nm，綠色LED燈19的波長為 525nm，藍(lán)色LED燈20的波長為465nm，近紅外LED燈21的波長為850nm。
圖5為多光譜光源電路板4的反面，其中的單片機(jī)26是光源控制器，可調(diào)恒流源 22、可調(diào)恒流源23、可調(diào)恒流源24、可調(diào)恒流源25是光源驅(qū)動器。單片機(jī)26分別通過電路 與可調(diào)恒流源22、可調(diào)恒流源23、可調(diào)恒流源24、可調(diào)恒流源25連接。單片機(jī)26可以通過 串口電路27與工控人機(jī)界面15通訊，并根據(jù)串口電路27接收到的控制指令，分別配置各 個可調(diào)恒流源的驅(qū)動電流值。四個可調(diào)恒流源采用恒流驅(qū)動芯片LT3598，其中可調(diào)恒流源 22為多光譜光源電路板4中的36個紅色LED燈提供電流、可調(diào)恒流源23為多光譜光源電 路板4中的36個綠色LED燈提供電流、可調(diào)恒流源24為多光譜光源電路板4中的36個藍(lán) 色LED燈提供電流、可調(diào)恒流源25為多光譜光源電路板4中的36個近紅外LED燈提供電 流。 四個可調(diào)恒流源與多光譜光源電路板4中LED燈的電路連接關(guān)系如圖6所示其 中6個紅色LED燈串聯(lián)成一組，6組串聯(lián)的紅色LED燈與可調(diào)恒流源22連接；6個綠色LED 燈串聯(lián)成一組，6組串聯(lián)的綠色LED燈與可調(diào)恒流源23連接；6個藍(lán)色LED燈串聯(lián)成一組， 6組串聯(lián)的藍(lán)色LED燈與可調(diào)恒流源24連接；6個近紅外LED燈串聯(lián)成一組，6組串聯(lián)的近 紅外LED燈與可調(diào)恒流源22連接。
上述技術(shù)方案的優(yōu)點在于 多光譜均勻面光源利用勻光系統(tǒng)3散射多光譜LED陣列14發(fā)出的光線，可以生成 多種光譜的均勻朗伯面，并且朗伯面的照度可調(diào)。 多光譜光源電路板4中的單片機(jī)26可以通過可調(diào)恒流源22、可調(diào)恒流源23、可調(diào) 恒流源24和可調(diào)恒流源25動態(tài)切換多光譜LED陣列14的發(fā)射光譜，形成光譜輪閃。
多光譜光源電路板4中的單片機(jī)26可以通過可調(diào)恒流源22、可調(diào)恒流源23、可調(diào) 恒流源24和可調(diào)恒流源25改變多光譜LED陣列14的發(fā)射光譜強(qiáng)度，實現(xiàn)多光譜混色。
光源機(jī)殼5中只包括勻光系統(tǒng)3與多光譜光源電路板4，系統(tǒng)重量輕、體積小、便攜 性好，通過裝卡接口 2可直接固定在被測對象進(jìn)光口 l上。裝卡接口 2與光源的機(jī)殼5可
6以防止外界光線進(jìn)入被測對象進(jìn)光口 1，因此測試過程不需要在暗室中進(jìn)行。 多光譜光源電路板4采用LT3598芯片構(gòu)建可調(diào)恒流源，驅(qū)動多光譜LED陣列14，
與P麗的驅(qū)動方式相比，光源亮度穩(wěn)定，沒有高頻閃爍。 使用者可以通過工控人機(jī)界面15的操作界面控制單片機(jī)26，改變可調(diào)電流源的 驅(qū)動電流，實現(xiàn)多光譜LED陣列14的光譜切換與光照度調(diào)節(jié)。 使用者可以通過計算機(jī)8上安裝的主控程序，向工控人機(jī)界面15發(fā)送控制指令， 實現(xiàn)光源的遠(yuǎn)程控制。 以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作了說明，但這些說明不能被理解為限制 了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基 礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
多光譜均勻面光源，其特征在于包括機(jī)殼，以及固定在機(jī)殼內(nèi)部的光源控制器與光源驅(qū)動器，其中光源控制器通過電路與光源驅(qū)動器連接；還包括勻光系統(tǒng)和多光譜LED陣列，其中勻光系統(tǒng)固定在機(jī)殼的出光口上，多光譜LED陣列固定于機(jī)殼內(nèi)部，多光譜LED陣列射出的多光譜光線透過勻光系統(tǒng)后由機(jī)殼的出光口射出。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的多光譜均勻面光源，其特征在于所述光源控制器可以動態(tài)切換 多光譜LED陣列的發(fā)射光譜，形成光譜輪閃。
3. 根據(jù)權(quán)利l所述的多光譜均勻面光源，其特征在于所述多光譜LED陣列由多個LED 單元構(gòu)成，相鄰的LED單元按照等邊三角形或正方形或六角形排列或均勻排布，每個LED單 元至少由兩片不同光譜的LED燈構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利3所述的多光譜均勻面光源，其特征在于所述LED燈是單光譜LED或多 光譜LED。
5. 根據(jù)權(quán)利1所述的多光譜均勻面光源，其特征在于所述多光譜LED陣列中具有相 同光譜的LED燈通過電路互相串聯(lián)或并聯(lián)或混聯(lián)，然后通過電路與光源驅(qū)動器連接。
6. 根據(jù)權(quán)利1所述的多光譜均勻面光源，其特征在于所述勻光系統(tǒng)由至少一塊具有 多光譜漫反射能力的透射板構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利l所述的多光譜均勻面光源，其特征在于還可以包括操作界面，操作界面 通過信號線與光源控制器連接。
8. 根據(jù)權(quán)利1所述的多光譜均勻面光源，其特征在于還可以包括操作界面、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)，其中計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與操作界面連接。
根據(jù)權(quán)利l所述的多光譜均勻面光源，其特征在于還可以包括裝卡接口，與機(jī)殼和被測對象進(jìn)光口連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)精密測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多光譜均勻面光源，可用于生成多光譜均勻發(fā)光面，適用于相機(jī)等光電成像設(shè)備的像面均勻性與光譜響應(yīng)檢測。本發(fā)明包括機(jī)殼，以及固定在機(jī)殼內(nèi)部的光源控制器與光源驅(qū)動器，還包括勻光系統(tǒng)和多光譜LED陣列，其中勻光系統(tǒng)固定在機(jī)殼的出光口上，多光譜LED陣列固定于機(jī)殼內(nèi)部，多光譜LED陣列射出的多光譜光線透過勻光系統(tǒng)后由機(jī)殼的出光口射出。勻光板散射多光譜LED陣列發(fā)出的光線，生成多光譜的均勻朗伯面，朗伯面的照度可調(diào)，光源具有亮度高、體積小的優(yōu)點，可以實現(xiàn)光譜輪閃與多光譜混色，可以滿足光電成像系統(tǒng)像面均勻性與光譜動態(tài)響應(yīng)的快速檢測與標(biāo)定需求。
文檔編號F21V15/02GK101788115SQ20091023743
公開日2010年7月28日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者喬茂勇, 孫佳, 孫若端, 張慧, 沙定國, 胡永力, 趙維謙, 郭俊杰 申請人:北京理工大學(xué)