[實用新型]一種數字可控光譜光源系統

有效

• 申請號: 201320887442.3
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN203688067U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 馬鎖冬;王巖;陳新華;陳宇恒;季軼群;周建康;沈為民
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01J3/10
• 分類號: G01J3/10
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本實用新型涉及一種數字可控光譜光源系統，屬光學照明檢測技術領域。

背景技術

可控光譜光源作為一種能夠根據應用需求不同而產生特定光譜形狀和輻射強度輸出的光源模擬裝置，在生物與農業科學、材料學、環境監測、機器視覺、照明設計、國防軍事、航空航天等諸多領域有著廣泛的應用需求，因此研發一種高精度、可控化程度高的光譜光源系統具有重要的現實意義。

傳統形式的光譜光源模擬器多采用鹵素燈作為源光，對其進行簡單調制輸出。雖然該技術較為成熟，但受限于光機結構，系統體積較大、結構復雜、價格昂貴；且該類模擬器的光譜可調諧性低，增加了與真實目標光譜的匹配難度。

隨著科技的進步，尤其是新型固體照明元件——發光二極管（LED）的出現和應用，一種基于LED的可控光譜光源模擬器應運而生。其通過對LED種類和數量的組合優化，實現系統輸出光譜光強的調制。雖然相比于傳統的鹵素燈光源，LED具有體積小、壽命長、反應速度快、發光效率高、穩定性強等優點。但在目前市場上，找齊譜段覆蓋范圍廣且峰值波長間隔較窄（<5nm）的LED單元卻較為困難。這在很大程度上制約了系統對高精度、高保真輸出譜線實現的便捷性。

伴隨著另一些新型光電子元器件的引入，如硅基液晶（LCOS）和數字微鏡器件（DMD），一批數字可控化程度更高的光譜光源相繼出現。其主要通過分光器件與LCOS/DMD的配合，實現系統輸出光譜光強的數字選通。目前，該類光源模擬器的光譜分光多由平面光柵或棱鏡的色散實現。隨著相對孔徑的提高，與平面光柵相匹配的準直——會聚光學結構的復雜度增加，導致系統輻射能量透過率下降；而棱鏡的線色散性不夠理想，系統結構的緊湊性不強。在該類光源中，基于LCOS的光譜光源常受到材料工作壽命、制作工藝、溫漂等因素的困惱。相比之下，DMD因其對比度高、分辨率高、反應速度快、可控性和均勻性好、技術成熟、成品率高、成本低等優點，在數字可控光譜光源中更具應用優勢。

從國內外相關工作的發展歷程來看，研制出一種輸出光譜保真度高、光譜和輻射可控性強，系統可重復性好、結構緊湊簡單且成本較低，尤其是借助于先進的光電數字化設備的可控光譜光源系統，是該領域研究的熱點與趨勢。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種高精度、可控化程度高的光譜光源系統。

本實用新型發的技術方案是提供一種數字可控光譜光源系統，它包括照明光源子系統、分光數字選通子系統、光譜混合輸出子系統、光譜監測子系統和控制處理子系統；照明光源子系統發出的光輻射信號經耦合進入分光數字選通子系統，再經光譜混合輸出子系統輸出信號至光譜檢測子系統；光譜檢測子系統輸出反饋信號至控制處理子系統，控制處理子系統輸出信號至控制分光數字選通子系統。

所述的照明光源子系統包括寬光譜光源、拋物面聚光鏡、科勒照明透鏡組和導光光纖束，寬光譜光源置于拋物面聚光鏡焦點處，寬光譜光源發出的光輻射經科勒照明透鏡組和導光光纖束耦合進入分光數字選通子系統。

所述的分光數字選通子系統包括狹縫光闌、凸面光柵、凹面反射鏡、數字微鏡器件DMD及吸光器，狹縫光闌限制照明光源子系統中導光光纖束輸出端處的雜散光，凸面光柵與凹面反射鏡構成同心對稱的Offner型分光結構，將導光光纖束輸出的光輻射均勻色散至焦面處的數字微鏡器件DMD。

所述的光譜混合輸出子系統包括凹面反射鏡、平面反射鏡、積分器及透鏡；將分光數字選通子系統輸出的色散光經凹面和平面反射鏡耦合至積分器，經透鏡將數字化選通的色散光輻射混合輸出。

所述的光譜監測子系統包括分束器、透鏡、光譜儀。

所述的控制處理子系統包括中央處理器和高速控制處理電路。

本實用新型的一個優選方案是：導光光纖束的入射端為若干單根導光光纖組成的圓形端面，導光光纖束的出射端為相應導光光纖排列而成的線形端面。

本實用新型提供的數字可控光譜光源系統的工作原理為：照明光源子系統將源光——寬光譜光源發出的光輻射信號耦合進入分光數字選通子系統，并經后者色散分光和數字化調制選通后進入光譜混合輸出子系統輸出，光譜檢測子系統實時監測混合輸出的光譜信號并反饋給控制處理子系統，由后者對信號的光譜構成與強度進行分析并與目標光輻射信號比對，根據兩者的差異實時補償控制分光數字選通子系統中的數字微鏡器件DMD的狀態，從而實現對整個數字可控光譜光源系統輸出光輻射信號的光譜構成與強度的實時校準和調制。

與現有技術相比，本實用新型的優點是：