[发明专利]多光谱均匀面光源

说明书

技术领域

本发明属于光学成像测试技术领域，可用于生成多光谱均匀发光面，主要适用于相机等光电成像设备的像面均匀性与光谱响应检测。

技术背景

航天科技工业领域的光电成像系统发展迅速，当今许多新型的成像卫星平台上添加了高性能光电成像系统。光电设备作为卫星的“眼睛”，已经成为卫星上重要的有效载荷，主要用于实现对地目标的观察与测绘功能。

光电成像系统中的核心部件——高精度CCD图像传感器是由离散的光敏像元组成的。尽管现代传感器的几何尺寸精度很高，但每个像素的响应度仍有所不同，输出的图像信号势必会出现偏差；由于光学镜头的设计与加工中引起的渐晕也会影响像面亮度的变化。这两方面原因会造成光电成像系统像面的不均匀性，会影响卫星对目标的识别能力并加大了图像处理的难度。

近年来光电成像系统通常还具有多光谱成像能力，多光谱成像不仅可以根据影像的形态和结构的差异判别地物，还可以根据光谱特性的差异判别地面的物质类型。多光谱成像相机不同谱段的光谱响应度会直接影响到对地目标的光谱遥感精度，影响对地物的判别能力。

目前，星载相机的像面均匀性与光谱响应度检测与标定，需要使用积分球与多光谱光源。测试系统如图7所示，多光谱光源的出射光线经过在积分球内表面多次散射后，可形成均匀高于95％的朗伯面。调整被测相机对准积分球出口，拍摄朗伯面，通过分析相机的图像文件即可得到相机的像面均匀性。再通过调整多光谱光源的出射照度与出射光谱，分析多张不同照度条件下的相机图像，可得出相机的光谱响应度参数。

使用积分球检测相机性能的测量精度高，但是积分球的体积庞大、操作复杂，只适用于相机的实验室内检测，不能满足相机在研制、装配、调试过程中的快速检测需求。因此，针对现今的星载高分辨力多光谱成像相机，急需一种体积小、重量轻、口径大、便携性好的多光谱均匀面光源，要求其照度均匀性优于95％、出口照度线性可调、发光谱段可切换。

目前，平面显示领域中的小型面光源技术发展迅速，其中主要是基于导光板作为导光介质的面光源，专利有：ZL03101472.0、ZL03126820.X、US4714983、US4974122、US6608614B1，这些面光源具有体积小、重量轻的特点。但是由于导光板工作原理的限制，通常情况下，大口径的导光板面光源的像面均匀性在85％左右，不能满足均匀性测试的基本要求。

作为另一种广泛应用的新型照明光源，LED器件具有发光效率高、体积小、寿命长的特点。专利200810104199.7中使用散光板与曲面反光板构成面光源，具有很好的稳定性与安全可靠性，但是其中的曲面反光板加工复杂，面光源外形厚度较大。另一类LED面光源中由于使用LED阵列照明，不需要导光板或反光板，例如专利CN201057435Y采用可调恒流源驱动LED阵列，提供一种体积小、高均匀、低散热的均匀面光源，但该装置不具有多光谱特性，不能实现多种光谱响应度检测。专利CN2852594Y中，采用多种颜色的LED构成LED阵列，提供了一种色调可变的面光源，但是其采用的PWM驱动方式会使LED阵列产生高频闪烁，这种高频闪烁人眼不可察觉，但会引起被测相机的照片亮度的不稳定，影响相机测量准确性。

针对以上面光源存在的问题，本发明采用多光谱LED阵列与匀光系统生成均匀朗伯面，提供一种体积小、重量轻、均匀性好的多光谱面光源，作为积分球高精度测量手段的有益补充，满足相机均匀性与光谱响应度的快速检测与标定需求。

发明内容

本发明的目的是为了满足相机均匀性与光谱响应度的快速检测与标定需求，提出一种多光谱均匀面光源，利用匀光系统散射多光谱LED阵列发出的光线，生成多种光谱的均匀朗伯面。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的多光谱均匀面光源，包括机壳，以及固定在机壳内部的光源控制器与光源驱动器，其中光源控制器通过电路与光源驱动器连接；还包括匀光系统和多光谱LED阵列，其中匀光系统固定在机壳的出光口上，多光谱LED阵列固定于机壳内部，多光谱LED阵列射出的多光谱光线透过匀光系统后由机壳的出光口射出。

所述光源控制器可以动态切换多光谱LED阵列的发射光谱，形成光谱轮闪。

所述多光谱LED阵列由多个LED单元构成，相邻的LED单元可以按照等边三角形或正方形或六角形排列或均匀排布，每个LED单元至少由两片不同光谱的LED灯构成。

所述LED灯是单光谱LED或多光谱LED。