[实用新型]一种数字可控光谱光源系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种数字可控光谱光源系统，属光学照明检测技术领域。

背景技术

可控光谱光源作为一种能够根据应用需求不同而产生特定光谱形状和辐射强度输出的光源模拟装置，在生物与农业科学、材料学、环境监测、机器视觉、照明设计、国防军事、航空航天等诸多领域有着广泛的应用需求，因此研发一种高精度、可控化程度高的光谱光源系统具有重要的现实意义。

传统形式的光谱光源模拟器多采用卤素灯作为源光，对其进行简单调制输出。虽然该技术较为成熟，但受限于光机结构，系统体积较大、结构复杂、价格昂贵；且该类模拟器的光谱可调谐性低，增加了与真实目标光谱的匹配难度。

随着科技的进步，尤其是新型固体照明元件——发光二极管（LED）的出现和应用，一种基于LED的可控光谱光源模拟器应运而生。其通过对LED种类和数量的组合优化，实现系统输出光谱光强的调制。虽然相比于传统的卤素灯光源，LED具有体积小、寿命长、反应速度快、发光效率高、稳定性强等优点。但在目前市场上，找齐谱段覆盖范围广且峰值波长间隔较窄（<5nm）的LED单元却较为困难。这在很大程度上制约了系统对高精度、高保真输出谱线实现的便捷性。

伴随着另一些新型光电子元器件的引入，如硅基液晶（LCOS）和数字微镜器件（DMD），一批数字可控化程度更高的光谱光源相继出现。其主要通过分光器件与LCOS/DMD的配合，实现系统输出光谱光强的数字选通。目前，该类光源模拟器的光谱分光多由平面光栅或棱镜的色散实现。随着相对孔径的提高，与平面光栅相匹配的准直——会聚光学结构的复杂度增加，导致系统辐射能量透过率下降；而棱镜的线色散性不够理想，系统结构的紧凑性不强。在该类光源中，基于LCOS的光谱光源常受到材料工作寿命、制作工艺、温漂等因素的困恼。相比之下，DMD因其对比度高、分辨率高、反应速度快、可控性和均匀性好、技术成熟、成品率高、成本低等优点，在数字可控光谱光源中更具应用优势。

从国内外相关工作的发展历程来看，研制出一种输出光谱保真度高、光谱和辐射可控性强，系统可重复性好、结构紧凑简单且成本较低，尤其是借助于先进的光电数字化设备的可控光谱光源系统，是该领域研究的热点与趋势。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高精度、可控化程度高的光谱光源系统。

本实用新型发的技术方案是提供一种数字可控光谱光源系统，它包括照明光源子系统、分光数字选通子系统、光谱混合输出子系统、光谱监测子系统和控制处理子系统；照明光源子系统发出的光辐射信号经耦合进入分光数字选通子系统，再经光谱混合输出子系统输出信号至光谱检测子系统；光谱检测子系统输出反馈信号至控制处理子系统，控制处理子系统输出信号至控制分光数字选通子系统。

所述的照明光源子系统包括宽光谱光源、抛物面聚光镜、科勒照明透镜组和导光光纤束，宽光谱光源置于抛物面聚光镜焦点处，宽光谱光源发出的光辐射经科勒照明透镜组和导光光纤束耦合进入分光数字选通子系统。

所述的分光数字选通子系统包括狭缝光阑、凸面光栅、凹面反射镜、数字微镜器件DMD及吸光器，狭缝光阑限制照明光源子系统中导光光纤束输出端处的杂散光，凸面光栅与凹面反射镜构成同心对称的Offner型分光结构，将导光光纤束输出的光辐射均匀色散至焦面处的数字微镜器件DMD。

所述的光谱混合输出子系统包括凹面反射镜、平面反射镜、积分器及透镜；将分光数字选通子系统输出的色散光经凹面和平面反射镜耦合至积分器，经透镜将数字化选通的色散光辐射混合输出。

所述的光谱监测子系统包括分束器、透镜、光谱仪。

所述的控制处理子系统包括中央处理器和高速控制处理电路。

本实用新型的一个优选方案是：导光光纤束的入射端为若干单根导光光纤组成的圆形端面，导光光纤束的出射端为相应导光光纤排列而成的线形端面。

本实用新型提供的数字可控光谱光源系统的工作原理为：照明光源子系统将源光——宽光谱光源发出的光辐射信号耦合进入分光数字选通子系统，并经后者色散分光和数字化调制选通后进入光谱混合输出子系统输出，光谱检测子系统实时监测混合输出的光谱信号并反馈给控制处理子系统，由后者对信号的光谱构成与强度进行分析并与目标光辐射信号比对，根据两者的差异实时补偿控制分光数字选通子系统中的数字微镜器件DMD的状态，从而实现对整个数字可控光谱光源系统输出光辐射信号的光谱构成与强度的实时校准和调制。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：