基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀的製作方法

2023-06-11 20:17:46 1

專利名稱：基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於色度儀器研製領域，涉及一種基於光纖法布裡-珀羅(Fabry-P6r0t，)微型腔的新型結構的色度儀器。這種色度儀器具有測量精度高，體積小和測量方便等優點。
背景技術：
色度儀在生活和生產中有著極其重要的意義，為了適應不同測量對象的色度測量特殊要求，目前研究出了各式各樣的色度儀器。但是總體來說，目前的色度儀器主要分為兩類一類是基於光譜的分光光度法色度測量儀器。在標準照明下，這種儀器利用分光裝置獲取被測物的反射或透射光譜，測量光譜數據，計算出物體的顏色。分光測色儀是顏色測量最基本的儀器，這種測色儀器按照分光的原理不同，分為光柵分光和稜鏡色散分光兩 類。這種儀器測量精度高，但是由於存在著分光裝置，體積較大，使用不方便。另一類是利用三刺激值濾光片匹配測量。這種儀器的原理是利用三種濾光片和光探測器匹配，使光電接受器光譜靈敏度與標準觀察者三刺激值一致，並利用積分效應，通過一次測量就可獲得反射光顏色的三刺激值。目前，市場上絕大多是手持式色度計都是基於這種原理製作的。比較而言，光譜分光光度法具有更高的測色精度，容易與計算機聯機實現高度自動化，但是其結構比較複雜。三刺激值測色法相對來說結構比較簡單，可以使得色度儀小型便攜化，但是其檢測精度較低。

發明內容
本發明的目的是提供一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，其能夠綜合上述兩種測色方法的優點，一方面採用光譜的分光光度法，具有高測量精度，另一方面又具有和三刺激值色度儀類似的小型便捷化的特點。本發明的上述目的通過以下技術方案實現，結合


如下本發明主要組成結構參閱圖I所示，主要包括標準光源(5)、由Y形光纖探頭(2)、Y形光纖入射端(3)和Y形光纖出射端(4)組成的傳輸光纖、陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊￠)、信號處理模塊(7)和顯示屏(8)五個部分組成。法布裡-珀羅傅立葉光譜儀基本原理參閱圖2所示，光源(9)發出的光經透鏡1(10)後，成近似平行光入射至由反射鏡I (11)和反射鏡11(12)組成的法布裡-羅布腔，經多光束幹涉後其光強經透鏡II (13)會聚後被光電接收器(14)接收。如果以一定的間隔改變由反射鏡I(Il)和反射鏡11(12)組成的法布裡-羅布腔的間距，則光電接收器(14)將接收到一系列變化的光強，將接收的一系列光強經傅立葉變換後將可以獲得光源(9)的傅立葉光譜。根據圖I所示，本發明借鑑法布裡-珀羅傅立葉光譜儀的原理，不同的是捨棄了活動部件，利用陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊￠)，將動態採集的過程變為靜態採集過程，提高穩定性和採集速度。標準光源(5)的光耦合至Y形光纖入射端(3)，並由Y形光纖探頭(2)出射，照射至待測物體(I)表面；光線經待測物體(I)表面反射後由Y形光纖探頭(2)傳輸至Y形光纖出射端(4)，Y形光纖出射端(4)和陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)相連；陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)採集到Y形光纖出射端(4)輸入光線的幹涉光強後，將其幹涉信號輸入至信號處理模塊(7);信號處理模塊(7)對採集的信號進行傅立葉變換處理後，獲得待測物體(I)的表面色度並顯示於顯示屏(8)上。陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊6是本發明的核心結構，其具體結構參閱圖3所不。Y形光纖出射端(4)中包含多束入射光纖(15),入射光纖(15)和出射光纖
(16)都固定在固定基底(19)上的V型槽(18)上，並且這樣的相對應入射光纖(15)和出射光纖(16)有多組，其具體的組數決定於測量的精度，一般來說，其組數等於最大光程差除以採樣間隔，組數越多測量精度越高。每一組入射光纖(15)端面和出射光纖(16)端面組成了一個腔長固定的微型光纖法布裡-珀羅腔。本發明所述的每一組入射光纖(15)和出 射光纖(16)間的間距是不同的，也就是每一個微型光纖法布裡-珀羅腔的腔長以一定間隔長度逐步遞增變化，由採用定律可知，其間隔長度應該小於等於最大測量範圍的一半。由於色度儀器是在可見光範圍內的測試，所以最大測量範圍一般取400nm。線陣CCD(17)的每個像元正好和一個出射光纖(16)對應，這樣保證線陣CXD (17)能夠採集到每一組經過由入射光纖(15)和出射光纖(16)形成的法布裡-羅布腔幹涉後的光強。考慮到光在光纖中的傳輸特性，本發明所述的入射光纖(15)和出射光纖(16)都選用單模光纖。為了提高入射光纖(15)端面和出射光纖(16)端面組成的法布裡-珀羅腔的性能，入射光纖(15)端面鍍鋁膜，出射光纖(16)端面鍍銀膜。所選用線陣CCD (17)的光譜響應範圍應該覆蓋可見光範圍，並且在這一範圍內有較高的響應特性。本發明所述的固定基底(19)採用矽材料，其結構參閱圖4所示，採用刻蝕的方法在固定基底表面刻蝕出V型槽(18)，V型槽(18)的尺寸結構正好和入射光纖(15)、出射光纖(16)的外徑匹配。由於入射光纖(15)、出射光纖(16)的外徑尺寸很小，固定基底(19)的尺寸也將很小，使得陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)也具有較小的尺寸，方便了儀器的小型化。本發明所述的信號處理模塊(7)主要作用是完成幹涉光強獲取、幹涉光強的傅立葉變換和色度信息的計算。信號處理模塊(7)主要分為兩個部分，其一是光強信號採集部分，主要是線陣CXD (17)的驅動電路；其二是信號處理電路，其核心採用DSP微處理晶片來完成複雜的數學計算，將計算的色度信息顯示於顯示屏(8)。本發明的有益效果提出了一種新的基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，這種色度儀具有精度高，檢測速度快，小型便攜化和測量方便等優點。

圖I基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀整體構成示意圖。圖2法布裡-珀羅傅立葉光譜儀原理圖。圖3基於光纖法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊的結構圖。圖4固定基底結構不意圖。
圖5基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀整體封裝圖。圖6基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀內部結構示意圖。I-待測物體2-Y形光纖探頭3-Y形光纖入射端4_Y形光纖出射端5_標準光源6-陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊7-信號處理模塊8-顯示屏9-光源10-透鏡Ill-反射鏡I 12-反射鏡II 13-透鏡II 14-光電接收器15-入射光纖16-出射光纖17-線陣CXD 18-V型槽19-固定基底20-上殼體21-下殼體22-固定膠
具體實施例方式為了完成以上的發明內容，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進一步的描述。 圖5所述為基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀整體封裝圖，顯示屏(8)固定在上殼體(20)上,Y形光纖探頭(2)伸出下殼體(21)之外,下殼體(21)和上殼體(20)固定在一起，其他結構都包含在下殼體(21)內部。下殼體(21)內部結構參閱圖6所示，Y形光纖探頭(2)穿過下殼體(21)後，用固定膠(22)固定，防止在測量中外力拉扯Y形光纖探頭(2)造成內部結構受損。Y形光纖入射端(3)和標準光源(5)相耦合，Y形光纖出射端(4)和陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)相連，陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)結構如圖2所示，其主要包括入射光纖(15)，出射光纖(16)、固定基底(19)和線陣CCD(17)。Y形光纖出射端(4)中的多根入射光纖(15)和陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)連接。陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊￠)固定在下殼體(21)上，並且與固定在下殼體(21)上的信號處理模塊(7)相連。在工作時，陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)中採集的光強信號輸出至信號處理模塊(7)。信號處理模塊(7)對採集的光強信號進行傅立葉變換，得到採集的傅立葉光譜，接著獲取色度信息。最後，信號處理模塊(7)將計算獲得的色度信息輸出至顯示屏(8)。
權利要求
1.一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，主要包括標準光源(5)、傳輸光纖、陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊￠)、信號處理模塊(7)和顯示屏(8)，其特徵在於 所述傳輸光纖由Y形光纖探頭(2)、Y形光纖入射端(3)和Y形光纖出射端(4)組成，所述標準光源(5)的光耦合至Y形光纖入射端(3)，並由Y形光纖探頭(2)出射，照射至待測物體(I)表面；光線經待測物體(I)表面反射後由Y形光纖探頭(2)傳輸至Y形光纖出射端(4)，Y形光纖出射端(4)與陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)相連；陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊(6)採集到Y形光纖出射端(4)輸入光線的幹涉光強後，將其幹涉信號輸入至信號處理模塊(7);信號處理模塊(7)對採集的信號進行傅立葉變換處理後，獲得待測物體(I)的表面色度並顯示於顯示屏(8)上。
2.根據權利要求I所述的一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，其特徵在於 所述陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊￠)由多組入射光纖(15)、出射光纖(16)和線陣CCD(17)組成，所述入射光纖(15)與出射光纖(16)相對應固定在固定基底(19)上的V型槽(18)上，每一組入射光纖(15)端面和出射光纖(16)端面組成了一個腔長固定的微型光纖法布裡-珀羅腔，所述線陣CCD (17)的每個像元與一個出射光纖(16)對應。
3.根據權利要求2所述的一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，其特徵在於 所述每一組入射光纖(15)和出射光纖(16)之間的間隔長度不同，構成腔長逐步遞增變化的微型光纖法布裡-珀羅腔，所述線陣CXD(17)能夠採集到每一組經過由入射光纖(15)和出射光纖(16)形成的法布裡-羅布腔幹涉後的光強。
4.根據權利要求3所述的一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，其特徵在於所述每一組入射光纖(15)和出射光纖(16)之間的間隔長度小於等於最大測量範圍的一半，其中最大測量範圍通常取400nm。
5.根據權利要求2所述的一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，其特徵在於 所述的入射光纖(15)和出射光纖(16)選用單模光纖,入射光纖(15)端面鍍招膜，出射光纖(16)端面鍍銀膜，以提高入射光纖(15)端面和出射光纖(16)端面組成的法布裡-珀羅腔的性能，所選用線陣CCD (17)的光譜響應範圍覆蓋可見光範圍，並且在這一範圍內有較高的響應特性。
6.根據權利要求I所述的一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，其特徵在於 所述的固定基底(19)採用矽材料，其結構採用刻蝕方法在固定基底表面刻蝕出V型槽(18)，V型槽(18)的尺寸結構與入射光纖(15)、出射光纖(16)的外徑匹配。
7.根據權利要求I所述的一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，其特徵在於 所述的信號處理模塊(7)用於完成幹涉光強獲取、幹涉光強的傅立葉變換和色度信息的計算，主要由光強信號採集部分和信號處理電路組成，所述光強信號採集部分主要為線陣CCD(9)的驅動電路，所述信號處理電路採用DSP微處理晶片來完成複雜的數學計算，將計算的色度信息顯示於顯示屏(8)。
全文摘要
本發明涉及一種基於光纖法布裡-珀羅微型腔的色度儀，屬於色度儀器研製領域。主要包括標準光源、傳輸光纖、陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊、信號處理模塊和顯示屏。標準光源的光耦合至Y形光纖入射端，並由Y形光纖探頭出射，照射至待測物體表面；光線經待測物體表面反射後由Y形光纖探頭傳輸至Y形光纖出射端，出射端與陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊相連；陣列式法布裡-珀羅微型腔幹涉採集模塊採集到Y形光纖出射端輸入光線的幹涉光強後，將其幹涉信號輸入至信號處理模塊；信號處理模塊對採集的信號進行傅立葉變換處理後，獲得待測物體的表面色度並顯示於顯示屏上。這種色度儀器具有測量精度高，體積小和測量方便等優點。
文檔編號G01J3/46GK102680104SQ201210165019
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者馮毅, 張佳全, 張宇, 張鐵強, 林曉瓏, 翟微微 申請人:吉林大學