CN110530804A - 光学检测光源设计方法及其光源 - Google Patents

光学检测光源设计方法及其光源 Download PDF

Info

Publication number
CN110530804A
CN110530804A CN201910791328.2A CN201910791328A CN110530804A CN 110530804 A CN110530804 A CN 110530804A CN 201910791328 A CN201910791328 A CN 201910791328A CN 110530804 A CN110530804 A CN 110530804A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light source
spectrum
optical detection
design method
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910791328.2A
Other languages
English (en)
Inventor
陈全胜
唐旱波
刘尧平
王燕
杜小龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Songshan Lake Materials Laboratory
Original Assignee
Songshan Lake Materials Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Songshan Lake Materials Laboratory filed Critical Songshan Lake Materials Laboratory
Priority to CN201910791328.2A priority Critical patent/CN110530804A/zh
Publication of CN110530804A publication Critical patent/CN110530804A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光学检测光源设计方法及其光源，采用LED、氙灯和卤素灯中一种或多种进行组合形成光源，将光源设置在能将光线投射在被测样品上的位置，调整光源的光谱L(λ)与理想光谱I(λ)在六个波段的光谱匹配度都在0.4～2.0之间，光谱匹配度的定义是光源的光谱分别在400‑500nm、500‑600nm、600‑700nm、700‑800nm、800‑900nm和900‑1100nm这六个波段范围实际测试的总辐照度的百分比与理想光谱辐照分布的百分比的比率。本发明提供的设计方法设计出的光源可以直接进行光学测量，减少使用分光设备进行被测样品的光学检测，提升检测效率，具有快速、成本低等优点。

Description

光学检测光源设计方法及其光源
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，特别涉及一种光学检测光源设计方法及其光源。
背景技术
光学检测是一种非常常见的检测手段，特别是近年来，结合光电传感器，将光学的信号转化为数字信号进行分析与处理的方法被广泛的利用。比如进行结构尺寸的测量、样品外观好坏的评判等。这些检测对于光源的光谱没有特殊的要求，光谱对测试结果不存在任何的影响。但是在部分光学检测中，不同波长下的测试结果不同，因此光谱的组成情况对于测试结果就变得非常关键，如果仅仅使用普通的光源，则无法进行准确的定量测试，比如样品的反射率等。目前的采用的方案是使用宽波段的光源，然后通过前置分光或者后置分光的方式，将光谱中每一个波长下的光学性能都进行单独的测量，最后再根据具体问题具体情况给出特定的测试结果。比如对于光伏电池或者组件的反射率的测量而言，采用分光光度计的方法获得300nm～1100nm之间每个波长下的反射率，最后再与AM1.5标准的太阳光光谱进行加权求和得到最终样品的反射率。但是这样不仅会浪费大量的时间成本，同时由于分光的装置导致检测设备的价格居高不下。
因此，急需一种不需要进行分光步骤，可以直接进行光学检测的光源，从而降低光学检测的时间和资金成本，提高光学检测的效率。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种光学检测光源设计方法及其光源。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种光学检测光源设计方法，采用LED、氙灯和卤素灯中一种或多种进行组合形成光源，将光源设置在能将光线投射在被测样品上的位置，调整光源的光谱L(λ)与理想光谱I(λ)在六个波段的光谱匹配度都在0.4～2.0之间，光谱匹配度的定义是光源的光谱分别在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm这六个波段范围实际测试的总辐照度的百分比与理想光谱辐照分布的百分比的比率。
一种采用上述光学检测光源设计方法制得的光源，其由LED、氙灯和卤素灯中一种或多种组合而成。
作为本发明的一种优选，所述的理想光谱I(λ)等于被测样品使用环境的光谱G(λ)与被测样品所使用的光电探测器响应度Q(λ)的商。
作为本发明的一种优选，所述的被测样品使用环境的光谱G(λ)为标准的AM1.5太阳光光谱。
作为本发明的一种优选，所述光源的光谱L(λ)与理想光谱I(λ)的光谱匹配度在0.6～1.4之间。
作为本发明的一种优选，所述光源的光谱L(λ)与理想光谱I(λ)的光谱匹配度在0.75～1.25之间。
当检测被测样品的反射率时，因为在不同波长下，被测样品的反射率R(λ)是不相同的，因此需要根据被测样品的实际使用环境，通过加权平均的方式获得被测样品的反射率R。计算公式如下所示：
其中G(λ)为被测样品所使用环境的光谱，λ1和λ2分别为测试的起始波长和结束波长。该计算方法需要知道λ1和λ2之间连续光谱下每个波长的反射率，然后进行积分得出平均反射率R。对于不进行分光操作，进行整体光谱测量时，实际的测量时，需要考虑整个光谱情况，还需要考虑到光电探测器在不同波长下具有不同的响应度。因此经过光电探测器后收集到的光电流H的计算公式为：
其中L(λ)为光源的光谱，Q(λ)为光电探测器的响应度。因此，如果所使用的光源光谱L(λ)满足L(λ)＝I(λ)＝k1*G(λ)/Q(λ),则有：
因此可以直接通过收集到的光电流对样品的反射率等光学性质成正比关系。只需要使用一个标准样品进行标定就可以进行样品的光学测量。在实际的光源光谱L(λ)与理想光谱I(λ)无法达到完美的光谱匹配度，但是在一定的范围内，通过在测量过程中采用修正因子来消除部分光源带来的误差，从而可以降低光谱匹配度的要求。两个光谱匹配度的定义是光源的光谱分别在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm这六个波段范围实际测试的总辐照度的百分比与理想光谱辐照分布的百分比的比率。
本发明的有益效果为：本发明提供的设计方法设计出的光源可以直接进行光学测量，可以在不需要分光的情况下获得被测样品的光学性质，如反射率等，减少使用分光设备进行被测样品的光学检测，提升检测效率，具有快速、成本低等优点，利用广泛的推广应用。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1为实施例1中使用的光电探测器的响应度。
图2为实施例1中的设计光源光谱图与AM1.5光谱图。
图3为实施例2中使用的光电探测器的响应度。
图4为实施例2中的理想光源光谱图与实测光谱图。
具体实施方式
实施例1：
(1)测量装置中所使用的光电探测器的响应度Q(λ)如图1所示，被测样品在AM1.5标准太阳光谱G(λ)下进行测试与分析，因此可以在设计光学测试的光源时。需要使用的光源的光谱为L(λ)的计算方法为：L(λ)＝G(λ)/Q(λ)，归一化后的光谱图如图2所示的理想光源的光谱所示。在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm这六个波段范围实际测试的总辐照度的百分比如下表1所示：
表1
波段 百分比(％) 光源百分比(％) 比值
400-500nm 13.49 14.58 0.92
500-600nm 11.89 13.15 0.90
600-700nm 11.15 14.05 0.79
700-800nm 12.07 11.2 1.08
800-900nm 18.61 18.07 1.03
900-1100nm 32.79 28.95 1.13
光源是使用多色的LED灯进行组合而成，包含有白光LED、660nm的LED、730nm的LED、850nm的LED和940nmLED组合而成，实际测试后的光源各个波长段的辐照强度百分比值如表所示，与标准光谱的百分比进行比较同样见表1。该设计光源能够实现在使用对应型号的光电探测器时对被测样品光学性能的测量。
实施例2：
测量装置中的光电探测器的响应度Q(λ)如图3所示，被测样品使用环境的光谱G(λ)为实际测试获得的北京市七月户外的光谱图，因此可以在设计光学测试的光源时，需要使用的光源的光谱为L(λ)的计算方法为L(λ)＝G(λ)/Q(λ)，归一化后的光谱图如图4所示的理想光源的光谱所示。在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm这六个波段范围实际测试的总辐照度的百分比如下表2所示：
表2
波段 百分比(％) 光源百分比(％) 比值
400-500nm 9.47 5.35 1.77
500-600nm 18.99 15.06 1.26
600-700nm 20.70 22.75 0.91
700-800nm 17.96 18.46 0.97
800-900nm 15.94 18.35 0.87
900-1100nm 16.93 20.03 0.85
光源是使用多色的LED灯和卤素灯进行组合而成，LED灯包含有365nm的LED、470nm的LED、660nm的LED和940nmLED组合而成，实际测试后的光源各个波长段的辐照强度百分比值如表2所示，与标准光谱的百分比进行比较同样见表2中。该设计光源能够实现在使用对应型号的光电探测器时对样品光学性能的测量。
实施例3：
测量装置中所使用的光电探测器的响应度Q(λ)如图1所示，被测样品在AM1.5标准太阳光谱G(λ)下进行测试与分析，因此可以在设计光学测试的光源时，需要使用的光源的光谱为L(λ)的计算方法为L(λ)＝G(λ)/Q(λ)，归一化后的光谱图如图2所示的理想光源的光谱所示。在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm这六个波段范围实际测试的总辐照度的百分比如下表3所示：
表3
波段 百分比(％) 光源百分比(％) 比值
400-500nm 13.49 14.25 0.95
500-600nm 11.89 15.24 0.78
600-700nm 11.15 15.24 0.73
700-800nm 12.07 14.52 0.83
800-900nm 18.61 18.07 1.03
900-1100nm 32.79 22.68 1.45
光源是使用多色的LED灯和氙灯组合而成，LED等包含有365nm的LED、470nm的LED、850nm的LED和940nmLED组合而成，实际测试后的光源各个波长段的辐照强度百分比值如表3所示，与标准光谱的百分比进行比较同样见表3中。该设计光源能够实现在使用对应型号的光电探测器时对样品光学性能的测量。
因此，通过上述分析对比，本发明提供的设计方法设计出的光源可以直接进行光学测量，可以在不需要分光的情况下获得被测样品的光学性质，如反射率等，减少使用分光设备进行被测样品的光学检测，提升检测效率，具有快速、成本低等优点。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的步骤而得到的其它方法及光源，均在本发明保护范围内。

Claims (6)

1.一种光学检测光源设计方法，其特征在于：采用LED、氙灯和卤素灯中一种或多种进行组合形成光源，将光源设置在能将光线投射在被测样品上的位置，调整光源的光谱L(λ)与理想光谱I(λ)在六个波段的光谱匹配度都在0.4～2.0之间，光谱匹配度的定义是光源的光谱分别在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm这六个波段范围实际测试的总辐照度的百分比与理想光谱辐照分布的百分比的比率。
2.根据权利要求1所述的光学检测光源设计方法，其特征在于：所述的理想光谱I(λ)等于被测样品使用环境的光谱G(λ)与被测样品所使用的光电探测器响应度Q(λ)的商。
3.根据权利要求1所述的光学检测光源设计方法，其特征在于：所述的被测样品使用环境的光谱G(λ)为标准的AM1.5太阳光光谱。
4.根据权利要求1所述的光学检测光源设计方法，其特征在于：所述光源的光谱L(λ)与理想光谱I(λ)的光谱匹配度在0.6～1.4之间。
5.根据权利要求1所述的光学检测光源设计方法，其特征在于：所述光源的光谱L(λ)与理想光谱I(λ)的光谱匹配度在0.75～1.25之间。
6.一种采用权利要求1-5中任意一项所述光学检测光源设计方法制得的光源，其特征在于，其由LED、氙灯和卤素灯中一种或多种组合而成，其的光谱L(λ)与理想光谱I(λ)在7个波段的光谱匹配度都在0.4～2.0之间，光谱匹配度的定义是光源的光谱分别在400-500nm、500-600nm、600-700nm、700-800nm、800-900nm和900-1100nm这六个波段范围实际测试的总辐照度的百分比与理想光谱辐照分布的百分比的比率。
CN201910791328.2A 2019-08-26 2019-08-26 光学检测光源设计方法及其光源 Pending CN110530804A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910791328.2A CN110530804A (zh) 2019-08-26 2019-08-26 光学检测光源设计方法及其光源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910791328.2A CN110530804A (zh) 2019-08-26 2019-08-26 光学检测光源设计方法及其光源

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110530804A true CN110530804A (zh) 2019-12-03

Family

ID=68664297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910791328.2A Pending CN110530804A (zh) 2019-08-26 2019-08-26 光学检测光源设计方法及其光源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110530804A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110068699A1 (en) * 2008-09-05 2011-03-24 Knapp David J Broad spectrum light source calibration systems and related methods
CN102914323A (zh) * 2012-10-17 2013-02-06 厦门大学 一种光电探测器绝对光谱响应的校准方法及其装置
CN203502579U (zh) * 2013-07-12 2014-03-26 应用材料意大利有限公司 用于校准模拟太阳辐射光谱的光源的***
CN105823737A (zh) * 2016-02-04 2016-08-03 温州大学 一种具有自校准功能的反射光谱测量***
CN106768326A (zh) * 2016-11-24 2017-05-31 郑州航空工业管理学院 一种用于检测led白光灯光谱质量的装置及其检测方法
CN107607194A (zh) * 2017-10-27 2018-01-19 中国科学院西安光学精密机械研究所 高动态、多点连续的光电探测器能量响应特性标定***及方法
CN207621826U (zh) * 2017-12-30 2018-07-17 河南百合特种光学研究院有限公司 一种太阳光模拟***

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110068699A1 (en) * 2008-09-05 2011-03-24 Knapp David J Broad spectrum light source calibration systems and related methods
CN102914323A (zh) * 2012-10-17 2013-02-06 厦门大学 一种光电探测器绝对光谱响应的校准方法及其装置
CN203502579U (zh) * 2013-07-12 2014-03-26 应用材料意大利有限公司 用于校准模拟太阳辐射光谱的光源的***
CN105823737A (zh) * 2016-02-04 2016-08-03 温州大学 一种具有自校准功能的反射光谱测量***
CN106768326A (zh) * 2016-11-24 2017-05-31 郑州航空工业管理学院 一种用于检测led白光灯光谱质量的装置及其检测方法
CN107607194A (zh) * 2017-10-27 2018-01-19 中国科学院西安光学精密机械研究所 高动态、多点连续的光电探测器能量响应特性标定***及方法
CN207621826U (zh) * 2017-12-30 2018-07-17 河南百合特种光学研究院有限公司 一种太阳光模拟***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
彭小静等: "A 级太阳模拟器的光谱校正", 《太阳能学报》 *
胡毅等: "《光有源器件原来与技术》", 31 October 2016, 北京：北京邮电大学出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106323909A (zh) 果蔬品质手持式近红外光谱检测***及检测方法
CN104501960B (zh) 一种基于led光源的分光测色仪及其实现方法
CN103411676B (zh) 一种利用线性可变滤光片测量物体颜色的测色仪
CN101183025A (zh) 测色色差仪及其测色方法
CN110514627B (zh) 硅片反射率测量方法及其测量装置
CN101782428B (zh) 光谱自校正光度计及其测量方法
TW201205046A (en) Sunlight simulator with detection device and solar cell detection device
CN102359817B (zh) 一种上转换发光绝对量子产率测试***
CN105242039A (zh) 一种荧光免疫层析定量分析仪器及方法
CN102519915A (zh) 一种光伏玻璃光谱雾度的分光测量装置及测量方法
CN201016843Y (zh) 采用窄光束标准光源的led光通量的测试装置
Fiorentin et al. Detector-based calibration for illuminance and luminance meters—Experimental results
CN201795862U (zh) 一种紫外—可见及荧光联合光谱仪
CN201368770Y (zh) 光谱自校正光度计
CN106153575A (zh) 一种声光调制双光路双探测器型近红外光谱仪及测试方法
CN201053901Y (zh) 快速光谱分光测色仪
CN204255502U (zh) 一种基于led光源的反射光谱测量仪
CN202547904U (zh) 汽车led前照灯配光检测装置
CN110530804A (zh) 光学检测光源设计方法及其光源
Roller et al. Reconciling LED and monochromator-based measurements of spectral responsivity in solar cells
CN104807616A (zh) 一种Spectralon漫反射板校正方法
CN104296973A (zh) 汽车led前照灯配光检测装置
CN106872871A (zh) 一种测试光源光电转换效率的***及方法
WO2021208349A1 (zh) 一种积分球光度计光谱响应测量方法和***
CN107796771A (zh) 吸收类分析仪器消除外界杂散光干扰的装置及测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191203

RJ01 Rejection of invention patent application after publication