專利名稱：一種光源光譜調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光源光譜調(diào)制裝置，屬于光學測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在光學儀器校準和仿真測試工作中，標準源以黑體輻射標準源、鎢燈標準光 源和氘燈標準光源為主，這些光源的光譜曲線相對平緩，通過相對光譜響應(yīng)曲線進行校準， 可以修正差異，所以在多數(shù)光學儀器的校準和仿真測試中盡管存在一定的偏差，基本上能 夠滿足使用要求。但是當觀測目標和標準輻射源的主要參數(shù)，如光譜分布、空間分布、光源 輻亮度等相差較大時，測量結(jié)果就會存在較大的差異。以往的參數(shù)校準中，輸出光譜強度不 能夠進行全面控制，完全依賴于光源的光譜分布和單色儀光譜傳輸特性，在光學儀器的參 數(shù)校準和測試過程中，只能對光學儀器的光譜特性和空間成像特性單獨進行參數(shù)校準，缺 少相應(yīng)手段。
在現(xiàn)階段，我國預先研究的高分辨率光學載荷研制中，有很多成像光譜類光學載 荷，急需一種能夠提供與被測目標光譜能量分布近似的校準技術(shù)，同時實現(xiàn)光譜特性和空 間幾何特性同時校準和測試，使光學載荷的校準過程與實際工作狀態(tài)近似保持一致，進而 提升光學載荷和光學儀器數(shù)據(jù)校準或測試的準確性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決方案
一種光源光譜調(diào)制裝置，包括光源、第一匯聚光學單元、色散單元、數(shù)字微鏡陣列、 第二匯聚光學單元和均勻混光單元；其中，
第一匯聚光學單元，匯聚所述光源的光輻射，使其進入所述色散單元；
色散單元，將經(jīng)所述第一匯聚光學單元匯聚的光輻射色散成像；
數(shù)字微鏡陣列，為數(shù)百萬個微小反射鏡組成的陣列，位于所述色散單元的焦面處， 每個微小反射鏡有兩個轉(zhuǎn)角狀態(tài)，通過對每個微小反射鏡的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制實現(xiàn)不同光譜 位置和光譜帶寬的選擇；
第二匯聚光學單元，將經(jīng)所述數(shù)字微鏡陣列反射的光輻射再次匯聚使其進入所述 均勻混光單元；
均勻混光單元，將分離的單色光輻射再次混合重組。
所述裝置還包括消光陷阱，吸收經(jīng)所述數(shù)字微鏡陣列反射后光輻射的雜散光。
所述色散單元包括入射狹縫、準直光學元件、色散光學元件和光譜成像光學元件。
所述均勻混光單元為光學積分球。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果
本發(fā)明的克服了現(xiàn)有技術(shù)不足，能夠?qū)崿F(xiàn)光源相對光譜強度的任意調(diào)制，可以輸 出具有特殊光譜分布的光輻射，為光學儀器校準和仿真測試提供具有任意光譜分布特征的 光源。


所包括的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步的理解，其構(gòu)成了說明書的一部分，用于例示本發(fā)明的實施例，并與文字描述一起來闡釋本發(fā)明的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明光源光譜調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明綜合控制和數(shù)據(jù)處理單元；圖3為本發(fā)明裝置輸入和輸出光譜曲線對比示意圖。附圖標記說明1.光源、2.第一匯聚光學單元、3.入射狹縫、4.準直光學元件、5.色散光學元件、
6.光譜成像光學元件、7.數(shù)字微鏡陣列、8.第二匯聚光學單元、9.均勻混光單元、10.消雜光陷阱
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。在下面的描述中，出于解釋而非限制性的目的，闡述了具體細節(jié)，以幫助全面地理解本發(fā)明。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，也可以在脫離了這些具體細節(jié)的其它實施例中實踐本發(fā)明。在此需要說明的是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細節(jié)。下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。如圖1所示為本發(fā)明光源光譜調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述裝置包括光源1、第一匯聚光學單元2、色散單元、數(shù)字微鏡陣列7、第二匯聚光學單元8和均勻混光單元9，其中，為了滿足不同波段的使用要求，光源I可以有多種選擇，比如黑體輻射源、鎢燈、氘燈等，也可以多個光源進行組合，形成復合光源。本實施例中光源I選擇歐司朗鹵鎢燈，該光源接口靈活，可切換。所述第一匯聚光學單元2，匯聚所述光I源的光輻射，使其進入所述色散單元；第一匯聚光學單元2可采用三片透鏡分離式光學結(jié)構(gòu)。第一片透鏡前表面距離燈絲70±0.1mm,前表面半徑16. 5mm,厚度4±0.1mm,后表面半徑1146mm。第二片透鏡與第一片透鏡間距3. 9±0.1mm,前表面半徑-28. 9mm,厚度4±0.1mm,后表面半徑15mm。第三片透鏡與第二片透鏡間距2. 6±0.1mm,前表面半徑27. 4mm,厚度2. 5±0.1mm,后表面半徑-26. 6mm，后表面距離入射狹縫73. 7±0. 1mm。光闌位于第二片透鏡與第三片透鏡之間，距離第二片透鏡后表面1. 8±0. 1mm。所述色散單元，用于將經(jīng)所述第一匯聚光學單元2匯聚的光輻射色散成像。所述色散單元可以由最基礎(chǔ)的幾個部分構(gòu)成，包括入射狹縫3、準直光學元件4、色散光學元件5和光譜成像光學元件6。其中，光源I出射的光輻射經(jīng)過匯聚光學系統(tǒng)后，能量集中在入射狹縫3處。入射狹縫理想條件下為無限高度無限窄的縫隙，考慮進入后續(xù)系統(tǒng)能量的要求，實際上為有限高度和有限寬度的縫隙。本實施例中，入射狹縫3采用斜楔式雙向開閉狹縫機構(gòu)，狹縫高度20±0· 2mm,狹縫寬度可調(diào)節(jié)范圍Omm Imm,分度值為O.1mm,可以連續(xù)地、 對稱地和流暢地改變狹縫寬度。光輻射經(jīng)過入射狹縫3后進入所述準直光學元件4，實現(xiàn)經(jīng)過狹縫入射3的光線的準直，使光束近似平行地照射到所述色散元件5上。所述色散元件 5可以將光線以不同角度色散開，具體的色散方式可以選擇光柵衍射分光、棱鏡分光或者傅立葉變換分光等方式。光譜成像光學元件6可以將色散開的光譜分別匯聚成像，使各色連續(xù)光譜線平直的分布在焦面上。
所述色散單元也可以采用IV型凹面全息光柵代替常用的色散單元中的準直光學元件4、色散元件5和光譜成像光學元件6，它將入射狹縫3處的光輻射色散并成像到數(shù)字微鏡陣列上。光柵尺寸50mmX50mm，刻線密度160g/mm，表面鍍A l+MgF2膜，在 0.4μπι 0.8μπι波長范圍內(nèi)具有較好的光譜傳輸特性。入射臂長度200 ± 1mm，出射臂長度200± 1mm，光軸與光柵法線夾角為30°，波長550nm的一級光譜主光線與光柵法線夾角為-24. 3。。
數(shù)字微鏡陣列，為數(shù)百萬個微小反射鏡組成的陣列，位于所述色散單元的焦面處， 每個微小反射鏡有兩個轉(zhuǎn)角狀態(tài)，通過對每個微小反射鏡的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制對不同光譜位置和光譜帶寬進行選擇。轉(zhuǎn)角狀態(tài)由實際所選用的數(shù)字微鏡陣列決定。本實施例中， 數(shù)字微鏡陣列為矩形，微鏡個數(shù)為1024個X768個，比例為4 3,每個微鏡像元尺寸為 13. 68 μ mX 13. 68 μ m，對角線長度為O. 7英寸。兩個轉(zhuǎn)角狀態(tài)分別為-12°和+12°，可以將入射光線向兩個角度進行反射。光柵色散開的光譜均勻分布在數(shù)字微鏡陣列上，數(shù)字微鏡陣列長軸方向上為光譜方向，短軸方向為光譜強度空間分布方向。在實施案例中將數(shù)字微鏡陣列中微鏡-12°擺角定義為工作角度，該角度的光線經(jīng)第二匯聚光學單元收集到均勻混光積分球中。+12°擺角為系統(tǒng)中的雜散光，為達到較好的測試效果，需要進行雜散光抑制消除影響。通過改變每一個微鏡角度的角度，可以實現(xiàn)整個數(shù)字微鏡陣列上光譜的調(diào)制， 其中改變長軸方向的微鏡角度可以實現(xiàn)光譜位置的選擇，改變短軸方向上可以實現(xiàn)對應(yīng)光譜相對輸出能量的改變。第二匯聚光學單元8，將經(jīng)所述數(shù)字微鏡陣列7反射的光輻射再次匯聚使其進入所述均勻混光單元9，第二匯聚光學單元8為三片透鏡分離式光學結(jié)構(gòu)，它的光軸與數(shù)字微鏡陣列法線成-12°角布置，該角度可以使經(jīng)數(shù)字陣列反射的光輻射進入第二匯聚光學單元8。第二匯聚光學單元8的第一片透鏡前表面距離所述數(shù)字微鏡陣列7的距離為 70±0.1mm,表面半徑16. 5mm,厚度4±0.1mm,后表面半徑1146mm。第二片透鏡與第一片透鏡間距3·9±0· 1mm,前表面半徑-28. 9mm,厚度4±O.1mm,后表面半徑15mm。第三片透鏡與第二片透鏡間距2. 6±0.1mm,前表面半徑27. 4mm,厚度2. 5±0.1mm,后表面半徑-26. 6mm, 后表面距離均勻混光系統(tǒng)73. 7±0. 1mm。光闌位于第二片透鏡與第三片透鏡之間，距離第二片透鏡后表面1. 8±0. 1mm。
本發(fā)明還可以包括消光陷阱10，吸收經(jīng)所述數(shù)字微鏡陣列反射后光輻射的雜散光。所述消光陷阱10可通過設(shè)置消雜光螺紋、消雜光光闌、噴涂高吸收率黑漆等手段實現(xiàn)。
所述均勻混光單元9將分離的單色光輻射再次混合重組。所述均勻混光單元9可以選擇光學積分球，經(jīng)過積分球后實現(xiàn)分離光譜融合。積分球為圓形球殼，直徑為200mm, 采用鋁合金壓鑄成型，球殼內(nèi)壁涂有聚四氟乙烯漫反射材料。在其一側(cè)開有直徑為50mm的圓孔，作為光輸出開口。在垂直于開口面法線方向開直徑IOmm小圓孔,作為光輸入端口。在垂直于開口面法線的另一方向開直徑為IOmm小圓孔，安裝硅光電二極管作為光照度檢測端口。三圓孔面的法線互相正交，并且均通過積分球球心。硅光電二極管型號可以選用LXDlO X 10CE，輸出電流信號，送入數(shù)據(jù)處理單元進行分析和顯示。本發(fā)明還包括一綜合控制和數(shù)據(jù)處理單元，如圖2所示，本發(fā)明還包括一綜合控制和數(shù)據(jù)處理單元，用于對目標光源光譜進行分析，可以得到對應(yīng)數(shù)字微鏡陣列控制指令信息，由此可以對數(shù)字微鏡陣列反射鏡進行擺角控制，其至少應(yīng)包括光源光譜分析模塊、指令生成和輸出模塊、指令接收和控制模塊。其中光源光譜分析模塊用于對最終要得到的光源光譜進行分析，得到光源的相對光譜曲線。指令生成和輸出控制模塊用于接收光源光譜分析模塊分析得到的光譜曲線數(shù)據(jù)信息，生成對數(shù)字微鏡陣列每一個微反射鏡的控制信息。所述指令接收和控制模塊用于接收指令生成和輸出控制模塊生成的控制信息，對數(shù)字微鏡陣列反射鏡擺角進行控制，從而實現(xiàn)了數(shù)字微鏡陣列上光譜位置和相對光譜強度的調(diào)制。本發(fā)明的工作原理光源I出射的光輻射經(jīng)過匯聚光學單元2匯聚后進入色散單元3，色散單元將光源I的光譜色散開，均勻的分布在色散單元的焦面上。數(shù)字微鏡陣列安裝在色散單元的焦面上，數(shù)字微鏡陣列長軸方向上為光譜方向，短軸方向為光譜強度空間分布方向。通過綜合控制和數(shù)據(jù)處理單元可以實現(xiàn)數(shù)字微鏡陣列中每一個微鏡的擺角控制，進而實現(xiàn)了數(shù)字微鏡陣列上光譜位置和相對光譜強度的調(diào)制。處于工作角度的光線進入?yún)R聚光學單元8，經(jīng)匯聚的光輻射進入均勻混光單元，進行光源光譜重組和融合。處于非工作角度的光輻射進入消雜光消光陷阱10，可以減少雜散輻射對裝置的影響。因此利用本發(fā)明，如圖3所示，能夠?qū)崿F(xiàn)光源相對光譜強度的任意調(diào)制，可以輸出與普通光源不一樣光譜分布的光輻射，其中包括光譜帶寬、光譜相對強度和光譜范圍等，它可以為光學儀器校準和仿真測試提供具有任意光譜分布特征的光源，可以大大提升校準和測試的精度，具有非常好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的實施例的許多特征和優(yōu)點根據(jù)該詳細描述是清楚的，因此所附權(quán)利要求旨在覆蓋這些實施例的落入其真實精神和范圍內(nèi)的所有這些特征和優(yōu)點。此外，由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到很多修改和改變，因此不是要將本發(fā)明的實施例限于所例示和描述的精確結(jié)構(gòu)和操作，而是可以涵蓋落入其范圍內(nèi)的所有合適修改和等同物。本發(fā)明未詳細說明部分為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種光源光譜調(diào)制裝置，其特征在于，所述裝置包括光源、第一匯聚光學單元、色散單元、數(shù)字微鏡陣列、第二匯聚光學單元和均勻混光單元；其中， 第一匯聚光學單元，匯聚所述光源的光輻射，使其進入所述色散單元； 色散單元，將經(jīng)所述第一匯聚光學單元匯聚的光輻射色散成像； 數(shù)字微鏡陣列，為數(shù)百萬個微小反射鏡組成的陣列，位于所述色散單元的焦面處，每個微小反射鏡有兩個轉(zhuǎn)角狀態(tài)，通過對每個微小反射鏡的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制實現(xiàn)不同光譜位置和光譜帶寬的選擇； 第二匯聚光學單元，將經(jīng)所述數(shù)字微鏡陣列反射的光輻射再次匯聚使其進入所述均勻混光單元； 均勻混光單元，將分離的單色光輻射再次混合重組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源光譜調(diào)制裝置，其特征在于所述裝置還包括消光陷阱，吸收經(jīng)所述數(shù)字微鏡陣列反射后光輻射的雜散光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源光譜調(diào)制裝置，其特征在于所述色散單元包括入射狹縫、準直光學元件、色散光學元件和光譜成像光學元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源光譜調(diào)制裝置，其特征在于所述均勻混光單元為光學積分球。
全文摘要
一種光源光譜調(diào)制裝置，包括光源、第一匯聚光學單元、色散單元、數(shù)字微鏡陣列、第二匯聚光學單元和均勻混光單元；其中，第一匯聚光學單元，匯聚光源的光輻射；色散單元，將經(jīng)所述第一匯聚光學單元匯聚的光輻射色散成像；數(shù)字微鏡陣列，位于所述色散單元的焦面處，通過對每個微小反射鏡的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制從而對不同光譜位置和光譜帶寬進行選擇；第二匯聚光學單元，將經(jīng)所述數(shù)字微鏡陣列反射的光輻射再次匯聚使其進入均勻混光單元；均勻混光單元，將分離的單色光輻射再次混合重組。本發(fā)明通過對光源光譜重新分布，能夠?qū)庠吹墓庾V分布特性進行更改，可以應(yīng)用到光學儀器校準和仿真測試領(lǐng)域，該技術(shù)可以提升光學儀器的校準精度和仿真測試能力。
文檔編號G02B26/08GK103018010SQ20121049938
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者孫紅勝, 王加朋, 宋春暉, 孫廣尉, 張玉國, 李世偉, 魏建強 申請人:北京振興計量測試研究所