專利名稱：一種波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種波長和光譜能量自動校準的便攜式 分光色彩照度計。
背景技術(shù)：
目前，市場上銷售的照度計主要有指針式和數(shù)顯式兩種。指針式需要手動進 行切換積分時間，使用時較為麻煩且測試精度低。數(shù)顯式的照度計測量精度高，但這兩種照 度計只能顯示測試目標的照度值，不能得到相對光譜功率分布、色坐標、色溫、顯色指數(shù)參數(shù)。發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種波長和光譜能量自動 校準的便攜式分光色彩照度計，其低成本、測量范圍寬、高精度、方便攜帶，并可自動對波長 和光譜能量進行校準的便攜式分光色彩照度計，其目的是除了測量照度以外，還能測量被 測光源在被照面的光譜功率分布、色坐標、色溫、顯色指數(shù)參數(shù)，而且實現(xiàn)對波長和光譜能 量的自動校準。
為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案一種波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，用于測量被測光源的相對 光譜功率分布、色坐標、色溫、顯色指數(shù)和照度，包括余弦校正器，紅、綠、白光集成的校準 LED,光電池，集光器，耦合透鏡，光纖，平場凹面衍射光柵，線性陣列傳感器，信號處理器和 IXD顯示屏，被測光源光線照在余弦校正器上，經(jīng)過余弦校正器漫透射勻光后，一部分直接 照射到光電池上，經(jīng)信號處理器處理后在IXD顯示屏上輸出照度值；另一部分照射到集光 器上，經(jīng)過多次內(nèi)反射后，由耦合透鏡耦合到光纖中，耦合到光纖的光線經(jīng)過入射狹縫，照 射到平場凹面衍射光柵上，經(jīng)過衍射分光，照在線性陣列傳感器上，經(jīng)信號處理器處理后得 到光源光譜功率分布，LCD顯示屏輸出相對光譜功率分布、色坐標、色溫、顯色指數(shù)參數(shù)。
進一步的，所述集光器表面采用高反射材料。
進一步的，由所述紅、綠、白光集成的校準LED構(gòu)成自動波長校準系統(tǒng)，紅光峰值 波長為620nm-650nm，綠光峰值波長為505nm_530nm，白光由藍光激發(fā)YAG熒光粉和紅色熒 光粉組成，其中藍光部分峰值波長為420nm-470nm，測試之前通過所述已知峰值波長的紅、 綠以及白光的藍光峰值，對線性陣列傳感器對應(yīng)的波長進行校準。
進一步的，包括自動調(diào)節(jié)線性陣列傳感器積分時間的裝置，其根據(jù)線性陣列傳感 器輸出的信號大小，自動設(shè)定線性陣列傳感器的積分時間，使其輸出的信號處于線性陣列 傳感器的線性區(qū)。
進一步的，包括光譜能量校準系統(tǒng)，測試之前通過點亮所述紅、綠、白光集成的校 準LED中已知光譜能量分布的白光LED，對線形陣列傳感器的光譜能量進行校準。
進一步的，所述的集光器是圓錐型結(jié)構(gòu)，光照射到圓錐大口后經(jīng)反射收集到圓錐小口出口處，圓錐型內(nèi)壁反射率為90%以上，圓錐的直徑為徑為5-30mm，高度為10_50mm。進一步的，所述線性陣列傳感器在獲得光譜信息時，線性陣列傳感器的每個像元 Pi接收的信號包括對應(yīng)波長1處的光功率和其他波長的部分光功率，對于第i個像元Pi，其 光功率為
其中，茍' Kf\ Kf' i-383......尤嚴為第i個像元受到波長為
380nm、381nm、382_……780nm光線入射的光功率權(quán)重；
及(380), i (381),亭 2),及(383)......5(780)為入射光中波長為 380nm、381nm、
382nm……780nm的真實光功率，則在像素為m的陣列傳感器上的輸出為
權(quán)利要求
1.一種波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，用于測量被測光源的相對光譜功率分布、色坐標、色溫、顯色指數(shù)和照度，包括余弦校正器(1)，紅、綠、白光集成的校準LED (2)，光電池(3)，集光器(4)，耦合透鏡(5)，光纖(6)，平場凹面衍射光柵(7)，線性陣列傳感器(8)，信號處理器(9)和IXD顯示屏(10)，其特征在于被測光源光線照在余弦校正器(I)上，經(jīng)過余弦校正器(I)漫透射勻光后，一部分直接照射到光電池(3 )上，經(jīng)信號處理器(9)處理后在IXD顯示屏(10)上輸出照度值；另一部分照射到集光器(4)上，經(jīng)過多次內(nèi)反射后，由耦合透鏡(5)耦合到光纖(6)中，耦合到光纖(6)的光線經(jīng)過入射狹縫，照射到平場凹面衍射光柵(7)上，經(jīng)過衍射分光，照在線性陣列傳感器(8)上，經(jīng)信號處理器(9) 處理后得到光源光譜功率分布，IXD顯示屏(10)輸出相對光譜功率分布、色坐標、色溫、顯色指數(shù)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，其特征在于所述集光器(4)表面采用高反射材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，其特征在于由所述紅、綠、白光集成的校準LED (2)構(gòu)成自動波長校準系統(tǒng)，紅光峰值波長為 620nm-650nm,綠光峰值波長為505nm_530nm，白光由藍光激發(fā)YAG熒光粉和紅色熒光粉組成，其中藍光部分峰值波長為420nm-470nm，測試之前通過所述已知峰值波長的紅、綠以及白光的藍光峰值，對線性陣列傳感器(8)對應(yīng)的波長進行校準。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，其特征在于包括自動調(diào)節(jié)線性陣列傳感器積分時間的裝置，其根據(jù)線性陣列傳感器(8)輸出的信號大小，自動設(shè)定線性陣列傳感器(8)的積分時間，使其輸出的信號處于線性陣列傳感器的線性區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，其特征在于包括光譜能量校準系統(tǒng)，測試之前通過點亮所述紅、綠、白光集成的校準LED (2)中已知光譜能量分布的白光LED，對線形陣列傳感器(8)的光譜能量進行校準。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，其特征在于所述的集光器(4)是圓錐型結(jié)構(gòu)，光照射到圓錐大口后經(jīng)反射收集到圓錐小口出口處，圓錐型內(nèi)壁反射率為90%以上，圓錐的直徑為徑為5-30mm，高度為10_50mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，其特征在于所述線性陣列傳感器(8)在獲得光譜信息時，線性陣列傳感器(8)的每個像元Pi 接收的信號包括對應(yīng)波長‘I處的光功率和其他波長的部分光功率，對于第i個像兀Pi,其光功率為Pi = K^sR (380) + Kf1R (381) + Kf2R(SBl) + · -' KjmR(IBO)其中，右氣Kf' Af3......尤嚴。為第i個像元受到波長為3S0nm、3Slnm、3S2nm......7S0nm光線入射的光功率權(quán)重；R (380), R (381), R(382), R (383)……R (780)為入射光中波長為 380nm、381nm、382nm……780nm的真實光功率，則在像素為m的陣列傳感器(8)上的輸出為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，其特征在于所述光電池(3)的光譜響應(yīng)靈敏度S(X)匹配成人眼明視覺光譜光視效率曲線v(X),所測光源的光譜功率分布:PM和光電池(3)光譜響應(yīng)靈敏度S ,輸出照度Ep如下式
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，其特征在于所述平場凹面衍射光柵(7)采用微小型平場凹面光柵衍射微型分光結(jié)構(gòu)，長X寬X
10.一種自動波長較準的便攜式分光色彩照度計的測量方法，其包括以下步驟第一步被測光源光線經(jīng)過余弦校正器(I)漫透射；第二步一部分直接照射到光電池(3)感光表面，得到被測光源的照度值；第三步另一部分照射到集光器(4)壁經(jīng)過多次內(nèi)反射后，經(jīng)過耦合透鏡(5)后耦合到光纖(6)中；第四步所述光纖(6)中的光線經(jīng)過入射狹縫，照射到平場凹面衍射光柵(7)上，經(jīng)過衍射分光，并聚焦在所述線性陣列傳感器(8)的感應(yīng)表面，根據(jù)線性陣列傳感器(8)的讀數(shù)，自動設(shè)定線性陣列傳感器(8)的積分時間；第五步線性陣列傳感器(8)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的積分時間，讀出被測光源的光譜功率分布；第六步經(jīng)過信號處理后，在IXD顯示屏(10)上顯示相對光譜功率分布、色坐標、色溫、顯色指數(shù)參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種波長和光譜能量自動校準的便攜式分光色彩照度計，包括余弦校正器，紅、綠、白光集成的校準LED，光電池，集光器，耦合透鏡，光纖，平場凹面衍射光柵，線性陣列傳感器，信號處理器和LCD顯示屏。其目的是除了測量照度以外，還能測量被測光源在被照面的光譜功率分布、色坐標、色溫、顯色指數(shù)參數(shù)。校準光源由紅、綠、白光LED集成組成，其對線性陣列傳感器對應(yīng)的波長和能量進行校準；圓錐型集光器提高了儀器信噪比；陣列傳感器每個像元采集的光功率通過多元線性回歸數(shù)學(xué)關(guān)系獲得；發(fā)明的便攜式分光色彩照度計測量范圍寬、高精度，在照明工程中獲得廣泛應(yīng)用。本發(fā)明還公開了一種自動波長較準的便攜式分光色彩照度計的測量方法。
文檔編號G01J3/28GK102997995SQ201210515450
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者金尚忠, 王聰, 袁琨 申請人:中國計量學(xué)院