一種可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬方法及其裝置，該裝置包括至少兩個半徑不同的積分球，積分球上根據(jù)色溫和星等的調(diào)節(jié)范圍設置相應數(shù)量的LED光源，設置在積分球上的LED光源由相對應的LED光源驅動器驅動；積分球的出光口處設置有用于對光束進行實時監(jiān)測的光譜檢測設備和用于將光束轉化為模擬恒星點光源的星點板。本發(fā)明可以直接設定期望的色溫值和星等值，并立即得到對應的穩(wěn)定光譜能量分布圖。
【專利說明】一種可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬方法及其裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高精度寬光譜模擬光源【技術領域】，涉及一種基于可自動標定且光譜可調(diào)的多色溫多星等模擬光源方法及其裝置，尤其涉及一種基于白光LED為基礎，加以各單色LED為補償、最小二乘法、數(shù)字調(diào)光及反饋電路實現(xiàn)光源可自動標定的高精度、高穩(wěn)定性、寬范圍模擬光源的方法及其裝置。

【背景技術】
[0002]恒星模擬光源是恒星模擬器的關鍵組成部分，隨著對恒星模擬器的需求越來越高，恒星模擬光源也須向高精度、高穩(wěn)定性、寬范圍和適用廣泛的方向發(fā)展。
[0003]眾所周知，恒星模擬器根據(jù)其工作方式的不同分為標定型星模擬器和功能檢測型星模擬器兩類。標定型星模擬器側重于模擬精度，主要用于對星敏感器的探測能力、空間分辨率等的地面標定；功能檢測型星模擬器則對實時性要求相對嚴格，主要用于星圖模擬，地面檢測飛行器的實際坐標和星圖的位置計算等。
[0004]對于標定型星模擬器恒星模擬光源，一般主要是單星模擬光源或有限個特定的色溫和星等光譜分布的恒星模擬光源，并且光譜范圍比較窄，含有此種恒星模擬光源的星模擬器功能單一，對星敏感器的適用性不好，因而其應用受到限制。因此，采用單色光源，基于最小二乘法和算法軟件可以攻克這一技術難點。但是由于市場上單色LED光源種類比較少而且亮度也小，單單依靠單色LED光源是不能達到寬范圍內(nèi)多星等的光譜的擬合的，因此采用多種單峰值波長光源輔助高亮度白光LED，基于最小二乘法擬合，利用算法軟件控制各光源實現(xiàn)寬波段范圍的光譜能量分布模擬，具有簡單、快速等優(yōu)點，因而在恒星模擬器方面有著很好的應用前景。
[0005]基于最小二乘法和算法控制，采用多種單峰值波長光源輔助白光LED，可以直接模擬出寬波段范圍的多星等光譜能量分布。但是由于單色光源隨著其使用壽命、驅動電流的變化以及工作溫度的升高，其峰值波長會發(fā)生漂移，因此，此種情況下，恒星模擬光源模擬的光譜能量分布不穩(wěn)定，精度不高。通過模擬仿真，可以發(fā)現(xiàn)，峰值波長局部微小的變化都會導致光譜模擬精度的大變化，因此很難保證模擬光源的穩(wěn)定性和高精度。同時，現(xiàn)階段的恒星模擬光源系統(tǒng)的光源標定主要為人為手動機械標定，不僅耗時而且會受到一定人為因素的影響，也影響光源光譜模擬的精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決【背景技術】中存在的技術問題，本發(fā)明提供了一種可提高模擬光譜分布精度和穩(wěn)定性的方法及其裝置。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案是:
[0008]該可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬方法包括以下步驟:
[0009]I]根據(jù)模擬光譜的擬合范圍和擬合誤差，確定單色LED光源的種類，采集各單色LED光源以及白光LED的光譜分布數(shù)據(jù)；
[0010]2]利用I]中采集到的光譜分布數(shù)據(jù)進行1000k-10000k色溫范圍內(nèi)多個星等的光譜能量分布模擬仿真，得到步驟I中選定的各種類型單色LED光源的數(shù)量；所述色溫范圍為1000k-10000k，星等范圍為 _1Μν_+6Μν ；
[0011]3]驅動2]中確定的各LED光源發(fā)光；
[0012]4]對3]中的發(fā)出光進行勻光和混光處理，得到均勻的混合光束；
[0013]5]對混合光束進行分束，得到兩束相同的光束；
[0014]6]對5]中得到的兩束光束其中一束光束進行實時監(jiān)測，另一束光束用于形成點光源；
[0015]7]獲取6]中進行實時監(jiān)測的光束的光譜圖，并與理想的黑體輻射光譜或所要模擬的目標光譜進行差值比較，找出最大差值，若此最大差值超過誤差限，則修正步驟3中用于驅動各LED光源發(fā)光的光源驅動器的電源修正參數(shù)，使其處于誤差限內(nèi)，達到對光源的自動標定和穩(wěn)定性的閉環(huán)控制；若此最大差值未超過誤差限，則繼續(xù)正常工作。
[0016]上述步驟I]所述的根據(jù)模擬光譜的擬合范圍和擬合誤差，確定單色LED光源的種類，具體是以白光LED為基礎，單色LED為補償進行光譜的擬合，控制驅動各峰值波長單色LED光源和白光LED光源依次發(fā)光，同時依次采集各LED光源光譜數(shù)據(jù)，并且進行數(shù)據(jù)存儲。
[0017]上述步驟2]的具體實現(xiàn)方法如下:利用步驟I]中所采集到光源光譜數(shù)據(jù)，基于最小二乘法，以白光LED光源為基礎，其余各單色LED光源為補償，對目標光譜進行實際拼接擬合，得到各光源的數(shù)量。
[0018]上述步驟6]的具體實施方法如下:
[0019]采用輻亮度計或光纖光譜儀或其它光譜監(jiān)測設備對積分球處光口的光束進行實時監(jiān)測；積分球出口處的另一束光通過星點板來模擬恒星點光源。
[0020]該可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬包括至少兩個半徑不同的積分球，積分球上根據(jù)色溫和星等的調(diào)節(jié)范圍設置相應數(shù)量的LED光源，設置在積分球上的LED光源由相對應的LED光源驅動器驅動；積分球的出光口處設置有用于對光束進行實時監(jiān)測的光譜檢測設備和用于將光束轉化為模擬恒星點光源的星點板。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0022]本發(fā)明提供了一種可自動標定且光譜可調(diào)的多色溫多星等光源模擬方法及其裝置，由于其采用白光LED和單色窄帶LED光源、不同大小的積分球以及監(jiān)測反饋設備使得恒星模擬光源的光譜模擬范圍大，精度高，穩(wěn)定性好，同時具有星光模擬原理簡單，光源可自動標定和操作容易等優(yōu)點。本發(fā)明可以直接設定期望的色溫值和星等值，并立即得到對應的穩(wěn)定光譜能量分布圖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的原理示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的帶有兩積分球的裝置示意圖。
[0025]附圖標記說明:I一積分球II，2 —電機，3—LED光源驅動器II，4—LED光源模塊，5一LED光源驅動器I，6—積分球I，7—星點板，8—光譜檢測設備，9一計算機。

【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖及具體實施例對本發(fā)明進行詳述:
[0027]I]根據(jù)模擬光譜的擬合范圍和擬合誤差確定單色LED光源的種類，擬合范圍一般為400nm-1100nm，擬合誤差一般為10% ;—般各單色LED光源的峰值波長間隔越小，擬合光譜的精度越高；例如:根據(jù)單色LED的市場情況，選擇1nm作為各峰值波長的間隔波長，得到71種單色LED，但若考慮到成本，可在滿足擬合誤差的基礎上，選波長間隔15nm，甚至20nm的LED光源，由于單色LED的亮度比較弱，因此以白光LED為基礎，單色LED為補償進行光譜的擬合，采集各單色LED光源以及白光LED的光譜分布數(shù)據(jù)；
[0028]2]利用I]中采集到的光譜分布數(shù)據(jù)進行1000k-10000k色溫范圍內(nèi)多個星等的光譜能量分布模擬仿真，根據(jù)最小二乘法算出各LED光源的最大所需量，星等范圍為 _1Μν_+6Μν 內(nèi)。
[0029]3]驅動步驟2中選定的各LED光源發(fā)光；具體是用擬合的單色LED光源的數(shù)量以及所使用光源驅動芯片性質(zhì)，通過灰度調(diào)節(jié)控制單色光源發(fā)光。
[0030]4]球對3]中的發(fā)出光進行勻光和混光，得到均勻的混合光束；具體可采用積分球作為LED光源的混光和勻光設備，由于是在寬波段范圍內(nèi)多色溫多星等恒星模擬光源的實現(xiàn)，星等跨度范圍比較大，所需的單色LED光源數(shù)量比較多，而且不能較大范圍的調(diào)節(jié)LED的輸出功率，因此可采用多個大小不一的積分球分別控制不同的星等區(qū)間，積分球之間通過導軌等的帶動進行切換，并且可在積分球上設反饋裝置和定位裝置，顯示目前積分球的工作狀態(tài)。
[0031]5]在勻光和混光設備出口處將輸出光進行分束,得到兩束相同的光束；
[0032]6]將5]中得到的其中一束光束進行實時監(jiān)測，具體可采用輻亮度計或光纖光譜儀或其它反饋監(jiān)測設備對積分球處光口的光束進行實時監(jiān)測以保持光源光譜擬合輸出的穩(wěn)定性；另一束光束通過星點板來模擬恒星點光源。
[0033]7]獲取6]中進行實時監(jiān)測的光束的光譜圖(也即點光源的光譜)與理想的黑體輻射光譜或所要模擬的目標光譜進行差值比較，找出最大差值，若此最大差值超過誤差限，如當一擬合光譜在波長700nm處出現(xiàn)超過+10%的情況，也即700nm或700nm附近的LED光源亮度太大，則通過反饋電路將探測到的信號送入處理器進行與目標光譜的差值處理，得到光源驅動器的電源修正參數(shù)，從而達到對光源的自動標定和穩(wěn)定性的閉環(huán)控制；若此最大差值未超過誤差限，則繼續(xù)正常工作。
【權利要求】
1.一種可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬方法，其特征在于，包括以下步驟: 1]根據(jù)模擬光譜的擬合范圍和擬合誤差，確定單色LED光源的種類，采集各單色LED光源以及白光LED的光譜分布數(shù)據(jù)； 2]利用I]中采集到的光譜分布數(shù)據(jù)進行1000k-10000k色溫范圍內(nèi)多個星等的光譜能量分布模擬仿真，得到步驟I中選定的各種類型單色LED光源的數(shù)量；所述色溫范圍為1000k-10000k，星等范圍為 _1Μν_+6Μν ； 3]驅動2]中確定的各LED光源發(fā)光； 4]對3]中的發(fā)出光進行勻光和混光處理，得到均勻的混合光束； 5]對混合光束進行分束，得到兩束相同的光束； 6]對5]中得到的兩束光束其中一束光束進行實時監(jiān)測，另一束光束用于形成點光源； 7]獲取6]中進行實時監(jiān)測的光束的光譜圖，并與理想的黑體輻射光譜或所要模擬的目標光譜進行差值比較，找出最大差值，若此最大差值超過誤差限，則修正步驟3中用于驅動各LED光源發(fā)光的光源驅動器的電源修正參數(shù)，使其處于誤差限內(nèi)，達到對光源的自動標定和穩(wěn)定性的閉環(huán)控制；若此最大差值未超過誤差限，則繼續(xù)正常工作。
2.根據(jù)權利要求1所述的可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬方法，其特征在于:步驟I]所述的根據(jù)模擬光譜的擬合范圍和擬合誤差，確定單色LED光源的種類，具體是以白光LED為基礎，單色LED為補償進行光譜的擬合，控制驅動各峰值波長單色LED光源和白光LED光源依次發(fā)光，同時依次采集各LED光源光譜數(shù)據(jù)，并且進行數(shù)據(jù)存儲。
3.根據(jù)權利要求2所述的可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬方法，其特征在于:步驟2]的具體實現(xiàn)方法如下:利用步驟I]中所采集到光源光譜數(shù)據(jù)，基于最小二乘法，以白光LED光源為基礎，其余各單色LED光源為補償，對目標光譜進行實際拼接擬合，得到各光源的數(shù)量。
4.根據(jù)權利要求1中所述的可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬方法，其特征在于:步驟6]的具體實施方法如下: 采用輻亮度計或光纖光譜儀或其它光譜監(jiān)測設備對積分球處光口的光束進行實時監(jiān)測；積分球出口處的另一束光通過星點板來模擬恒星點光源。
5.一種可自動標定光譜連續(xù)可調(diào)的光源模擬裝置，其特征在于:包括至少兩個半徑不同的積分球，積分球上根據(jù)色溫和星等的調(diào)節(jié)范圍設置相應數(shù)量的LED光源，設置在積分球上的LED光源由相對應的LED光源驅動器驅動；積分球的出光口處設置有用于對光束進行實時監(jiān)測的光譜檢測設備和用于將光束轉化為模擬恒星點光源的星點板。
【文檔編號】G01J3/10GK104266757SQ201410453103
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】吳璀罡, 李曉妮, 盧振華, 謝來運, 吳佳麗, 李鵬 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所