光谱管理技术

文章附图

我们认知中的光源,有两种,一种是自然光源,一种是人造光源,前者,指的是太阳光;后者,指的是根据太阳光的光谱制造出来的光源。已知太阳光光谱波长大约从300nm的紫外光到2600nm的红外光,其中可见光的波长大约在380~780nm之间。所以,可见光光谱也俗称为全光谱(如图一)。其中包括了紫光380~435nm,蓝光435~480nm,青光 480~490nm,蓝光绿490~500nm,绿光500nm~560nm,黄光绿 560~580nm,黄光 580nm~595nm,橙光595~605nm,红光605~780 nm,红外780~1100nm。


太晚光谱1.png

图一 可见光光谱图


光源中,最重的是光源的光谱,它决定了这个物体的光学特性。根据可见光光谱,光源行业中制造出了很多光源和光源照明体,有A光,B光,C光,D系列光等。这些不同的光,能模拟太阳光不同时分的光线环境,并获得与这些特定环境下的光源基本一致的照明效果,如A光,模拟正午的太阳光线(如图二),D50光,模拟傍晚的太阳光线(如图三)。


日出日落1200.png

                 图二 正午太阳(A光)                            图三   傍晚太阳(D50)


这些A光,B光,C光,D系列光等,因其光学特性,能应用到各个行业,如对色,器件校准,白平衡,场景模拟等。同样,因其光谱特性,制造时需要有参照标准。为了定义用于评价颜色外观的人造光源, CIE(国际照明委员会)先后规定了一系列标准照明体和标准光源 。其发展大致经历了三个阶段 :1931 年 CIE 规定了 A 、B 、C 三种标准照明体 , 并推荐了相应标准光源 ;1967 年为了弥补标准照明体 B 、C 在紫外区的不足, 规定了 D 系列标准照明体, 包括 D50 、D65 、 D75 等 , 跨度为自然光中的紫外 、可见光和红外区域;1970 年以后 , 随着荧光灯的日益普及和在商业上的 广泛应用, CIE 又规定了 F 系列荧光光源, 其中 F1-F6 为普通荧光灯 、F7-F9 为高显色性荧光灯、F10-F12 为三基色荧光灯。CIE 标准照明体的出现使工业上的精确对色成为可能,严格来说,标准光源就是指符合或在一定程度上符合 CIE 标准照明体光谱组成的人造光源。


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图四 各种CIE标准光谱曲线


在调制光源的光谱技术方面,轩士佳一直走在行业前列,当行业普遍单光源光谱分布固定的发展阶段,轩士佳已经实现单光源光谱可调;当行业普遍单光谱可调的阶段,轩士佳已实现多光谱可调;且光谱曲线可达到CIE标准,近乎匹配太阳光。同时,轩士佳开发的光谱实时监控反馈系统,可保证光源产品光谱的准确性性,通过其内置光谱仪,作闭环调节,并使用时可连接软件设置自己想要的色温、亮度、x,y值自动校准。适用于自动化生产线,无人化生产线。


轩士佳的光谱管理技术通过四个重点实现。


一、多通道LED发光板

要实现可见光光源全光谱,和调出可见光任一光源光谱,首先就要解决全光谱问题。轩士佳发光板方案可把24组,40组,或更多组的不同类型LED灯珠集成在一块发光板。通过这些不同类型灯珠的相互组合,实现全光谱的380-780nm的波长;同样通过这些不同类型灯珠的相互组合,可实现全光谱中任一光源的光谱。


24组通道灯光谱.png

多通道LED发光板灯珠光谱分布图


二、合理的光通路结构

解决了全光谱波长问题,接下来要解决光的均匀性问题,已知所有视觉光源中,都会要求均匀性。光源在一定视野范围内,不同组灯珠的发光角度,发光颜色,发光亮度,发光面积各不相同。不现的光源类型,需要不同的光通路结构,如果各组灯珠不经过合理的光路处理,简单直接同时发光,就会杂斑,散乱,混乱不堪。设计合理的光通路结构,可以使各组灯珠发出的光在经过光通路,经过导光板,反射膜,扩散板后融合在一起,从而使光源表面的色温、照度均匀性高达95%以上。


光路结构.jpg


一种光路通结构示意图



三、光谱可调软件

软件实现了调光方式:软件对发光块采用多少组灯珠有对应调光通道,如24组灯珠,则24组通道,40组灯珠,则40组通道。软件使用时,一是用本身预设的多种光谱模版,二是直接调用客户光谱模版,三是实时调制光谱。调用后在软件上显示是蓝色线templet。当要校验当前光谱是否符合时,通过微型光谱仪监控到红色线的光谱,act显示。对比templet和act,最后通过调光通道来使实际符合模版。


光谱可调软件.jpg

光谱可调软件示意图



四、光谱实时监控反馈系统

为了使调试出来的光源有保证,符合光源的光谱特性。轩士佳开发了光谱实时监控反馈系统,在全光谱光源方案,光源内置微型光谱仪SCN-380~780-SIS,作用是实时读取光谱数据和监控光谱数据,可以达到控制器实时反馈光源的色温,亮度,x,y值,并且在上位机读取出来,相当于市面上的CL-500A。这样一来,客户可以实现不用仪器手动测试,就能实时监控光源参数的真实值,一旦发现光源参数超标后可及时调整,杜绝了因为光源而产生的不良率。


内置光谱仪750.jpg

内置光谱仪




光谱实时监控数据反馈示意图




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