[發(fā)明專利]一種波長(zhǎng)和光譜能量自動(dòng)校準(zhǔn)的便攜式分光色彩照度計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210515450.5
• 申請(qǐng)日: 2012-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102997995A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金尚忠;王聰;袁琨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28;G01J3/50
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

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(zhǎng)和光譜能量自動(dòng)校準(zhǔn)的便攜式分光色彩照度計(jì)。

背景技術(shù)

????目前，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的照度計(jì)主要有指針式和數(shù)顯式兩種。指針式需要手動(dòng)進(jìn)行切換積分時(shí)間，使用時(shí)較為麻煩且測(cè)試精度低。數(shù)顯式的照度計(jì)測(cè)量精度高，但這兩種照度計(jì)只能顯示測(cè)試目標(biāo)的照度值，不能得到相對(duì)光譜功率分布、色坐標(biāo)、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(zhǎng)和光譜能量自動(dòng)校準(zhǔn)的便攜式分光色彩照度計(jì)，其低成本、測(cè)量范圍寬、高精度、方便攜帶，并可自動(dòng)對(duì)波長(zhǎng)和光譜能量進(jìn)行校準(zhǔn)的便攜式分光色彩照度計(jì)，其目的是除了測(cè)量照度以外，還能測(cè)量被測(cè)光源在被照面的光譜功率分布、色坐標(biāo)、色溫、顯色指數(shù)參數(shù)，而且實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)和光譜能量的自動(dòng)校準(zhǔn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種波長(zhǎng)和光譜能量自動(dòng)校準(zhǔn)的便攜式分光色彩照度計(jì)，用于測(cè)量被測(cè)光源的相對(duì)光譜功率分布、色坐標(biāo)、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(zhǔn)LED，光電池，集光器，耦合透鏡，光纖，平場(chǎng)凹面衍射光柵，線性陣列傳感器，信號(hào)處理器和LCD顯示屏,被測(cè)光源光線照在余弦校正器上，經(jīng)過(guò)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(hào)處理器處理后在LCD顯示屏上輸出照度值；另一部分照射到集光器上，經(jīng)過(guò)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(guò)入射狹縫，照射到平場(chǎng)凹面衍射光柵上，經(jīng)過(guò)衍射分光，照在線性陣列傳感器上，經(jīng)信號(hào)處理器處理后得到光源光譜功率分布，LCD顯示屏輸出相對(duì)光譜功率分布、色坐標(biāo)、色溫、顯色指數(shù)參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述集光器表面采用高反射材料。

進(jìn)一步的，由所述紅、綠、白光集成的校準(zhǔn)LED構(gòu)成自動(dòng)波長(zhǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，紅光峰值波長(zhǎng)為620nm-650nm，綠光峰值波長(zhǎng)為505nm-530nm，白光由藍(lán)光激發(fā)YAG熒光粉和紅色熒光粉組成，其中藍(lán)光部分峰值波長(zhǎng)為420nm-470nm，測(cè)試之前通過(guò)所述已知峰值波長(zhǎng)的紅、綠以及白光的藍(lán)光峰值，對(duì)線性陣列傳感器對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

進(jìn)一步的，包括自動(dòng)調(diào)節(jié)線性陣列傳感器積分時(shí)間的裝置，其根據(jù)線性陣列傳感器輸出的信號(hào)大小，自動(dòng)設(shè)定線性陣列傳感器的積分時(shí)間，使其輸出的信號(hào)處于線性陣列傳感器的線性區(qū)。

進(jìn)一步的，包括光譜能量校準(zhǔn)系統(tǒng)，測(cè)試之前通過(guò)點(diǎn)亮所述紅、綠、白光集成的校準(zhǔn)LED中已知光譜能量分布的白光LED，對(duì)線形陣列傳感器的光譜能量進(jìn)行校準(zhǔn)。

進(jìn)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(jìn)一步的，所述線性陣列傳感器在獲得光譜信息時(shí)，線性陣列傳感器的每個(gè)像元P_i接收的信號(hào)包括對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)????????????????????????????????????????????????處的光功率和其他波長(zhǎng)的部分光功率，對(duì)于第i個(gè)像元P_i，其光功率為：

其中，為第i個(gè)像元受到波長(zhǎng)為光線入射的光功率權(quán)重；

為入射光中波長(zhǎng)為380nm、381nm、382nm……780nm的真實(shí)光功率，則在像素為m的陣列傳感器上的輸出為：

其中：??????????????

采用多元線性回歸即可得到系數(shù)矩陣K的最優(yōu)解，并對(duì)上述系數(shù)矩陣K進(jìn)行求逆運(yùn)算，求得K^-1。

在測(cè)量過(guò)程中，儀器得到的數(shù)據(jù)是線形陣列傳感器（8）的對(duì)應(yīng)像元處的光譜功率分布，為，將上述矩陣K^-1代入下式：

得出樣品的真實(shí)光功率，如下式：

。

進(jìn)一步的，所述光電池的光譜響應(yīng)靈敏度匹配成人眼明視覺(jué)光譜光視效率曲線，所測(cè)光源的光譜功率分布和光電池光譜響應(yīng)靈敏度，輸出照度，如下式：

其中，k為常數(shù)，光電池光譜響應(yīng)靈敏度與人眼明視覺(jué)光譜曲線相比，存在一定的匹配誤差，為光電池輸出的照度值，與被測(cè)光源的照度有一定誤差，需修正系數(shù)c進(jìn)行修正，如下式：

修正系數(shù)c如下式：

其中，為、與的加權(quán)面積差的相對(duì)系數(shù)。