专利名称：基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪的制作方法
技术领域：
本发明属于色度仪器研制领域，涉及一种基于光纤法布里-珀罗(Fabry-P6r0t，)微型腔的新型结构的色度仪器。这种色度仪器具有测量精度高，体积小和测量方便等优点。
背景技术：
色度仪在生活和生产中有着极其重要的意义，为了适应不同测量对象的色度测量特殊要求，目前研究出了各式各样的色度仪器。但是总体来说，目前的色度仪器主要分为两类一类是基于光谱的分光光度法色度测量仪器。在标准照明下，这种仪器利用分光装置获取被测物的反射或透射光谱，测量光谱数据，计算出物体的颜色。分光测色仪是颜色测量最基本的仪器，这种测色仪器按照分光的原理不同，分为光栅分光和棱镜色散分光两 类。这种仪器测量精度高，但是由于存在着分光装置，体积较大，使用不方便。另一类是利用三刺激值滤光片匹配测量。这种仪器的原理是利用三种滤光片和光探测器匹配，使光电接受器光谱灵敏度与标准观察者三刺激值一致，并利用积分效应，通过一次测量就可获得反射光颜色的三刺激值。目前，市场上绝大多是手持式色度计都是基于这种原理制作的。比较而言，光谱分光光度法具有更高的测色精度，容易与计算机联机实现高度自动化，但是其结构比较复杂。三刺激值测色法相对来说结构比较简单，可以使得色度仪小型便携化，但是其检测精度较低。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，其能够综合上述两种测色方法的优点，一方面采用光谱的分光光度法，具有高测量精度，另一方面又具有和三刺激值色度仪类似的小型便捷化的特点。本发明的上述目的通过以下技术方案实现，结合


如下本发明主要组成结构参阅图I所示，主要包括标准光源(5)、由Y形光纤探头(2)、Y形光纤入射端(3)和Y形光纤出射端(4)组成的传输光纤、阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块￠)、信号处理模块(7)和显示屏(8)五个部分组成。法布里-珀罗傅里叶光谱仪基本原理参阅图2所示，光源(9)发出的光经透镜1(10)后，成近似平行光入射至由反射镜I (11)和反射镜11(12)组成的法布里-罗布腔，经多光束干涉后其光强经透镜II (13)会聚后被光电接收器(14)接收。如果以一定的间隔改变由反射镜I(Il)和反射镜11(12)组成的法布里-罗布腔的间距，则光电接收器(14)将接收到一系列变化的光强，将接收的一系列光强经傅里叶变换后将可以获得光源(9)的傅里叶光谱。根据图I所示，本发明借鉴法布里-珀罗傅里叶光谱仪的原理，不同的是舍弃了活动部件，利用阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块￠)，将动态采集的过程变为静态采集过程，提高稳定性和采集速度。标准光源(5)的光耦合至Y形光纤入射端(3)，并由Y形光纤探头(2)出射，照射至待测物体(I)表面；光线经待测物体(I)表面反射后由Y形光纤探头(2)传输至Y形光纤出射端(4)，Y形光纤出射端(4)和阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)相连；阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)采集到Y形光纤出射端(4)输入光线的干涉光强后，将其干涉信号输入至信号处理模块(7);信号处理模块(7)对采集的信号进行傅里叶变换处理后，获得待测物体(I)的表面色度并显示于显示屏(8)上。阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块6是本发明的核心结构，其具体结构参阅图3所不。Y形光纤出射端(4)中包含多束入射光纤(15),入射光纤(15)和出射光纤
(16)都固定在固定基底(19)上的V型槽(18)上，并且这样的相对应入射光纤(15)和出射光纤(16)有多组，其具体的组数决定于测量的精度，一般来说，其组数等于最大光程差除以采样间隔，组数越多测量精度越高。每一组入射光纤(15)端面和出射光纤(16)端面组成了一个腔长固定的微型光纤法布里-珀罗腔。本发明所述的每一组入射光纤(15)和出 射光纤(16)间的间距是不同的，也就是每一个微型光纤法布里-珀罗腔的腔长以一定间隔长度逐步递增变化，由采用定律可知，其间隔长度应该小于等于最大测量范围的一半。由于色度仪器是在可见光范围内的测试，所以最大测量范围一般取400nm。线阵CCD(17)的每个像元正好和一个出射光纤(16)对应，这样保证线阵CXD (17)能够采集到每一组经过由入射光纤(15)和出射光纤(16)形成的法布里-罗布腔干涉后的光强。考虑到光在光纤中的传输特性，本发明所述的入射光纤(15)和出射光纤(16)都选用单模光纤。为了提高入射光纤(15)端面和出射光纤(16)端面组成的法布里-珀罗腔的性能，入射光纤(15)端面镀铝膜，出射光纤(16)端面镀银膜。所选用线阵CCD (17)的光谱响应范围应该覆盖可见光范围，并且在这一范围内有较高的响应特性。本发明所述的固定基底(19)采用硅材料，其结构参阅图4所示，采用刻蚀的方法在固定基底表面刻蚀出V型槽(18)，V型槽(18)的尺寸结构正好和入射光纤(15)、出射光纤(16)的外径匹配。由于入射光纤(15)、出射光纤(16)的外径尺寸很小，固定基底(19)的尺寸也将很小，使得阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)也具有较小的尺寸，方便了仪器的小型化。本发明所述的信号处理模块(7)主要作用是完成干涉光强获取、干涉光强的傅里叶变换和色度信息的计算。信号处理模块(7)主要分为两个部分，其一是光强信号采集部分，主要是线阵CXD (17)的驱动电路；其二是信号处理电路，其核心采用DSP微处理芯片来完成复杂的数学计算，将计算的色度信息显示于显示屏(8)。本发明的有益效果提出了一种新的基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，这种色度仪具有精度高，检测速度快，小型便携化和测量方便等优点。

图I基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪整体构成示意图。图2法布里-珀罗傅里叶光谱仪原理图。图3基于光纤法布里-珀罗微型腔干涉采集模块的结构图。图4固定基底结构不意图。
图5基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪整体封装图。图6基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪内部结构示意图。I-待测物体2-Y形光纤探头3-Y形光纤入射端4_Y形光纤出射端5_标准光源6-阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块7-信号处理模块8-显示屏9-光源10-透镜Ill-反射镜I 12-反射镜II 13-透镜II 14-光电接收器15-入射光纤16-出射光纤17-线阵CXD 18-V型槽19-固定基底20-上壳体21-下壳体22-固定胶
具体实施例方式为了完成以上的发明内容，下面结合附图对本发明的具体实施方式
进一步的描述。 图5所述为基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪整体封装图，显示屏(8)固定在上壳体(20)上,Y形光纤探头(2)伸出下壳体(21)之外,下壳体(21)和上壳体(20)固定在一起，其他结构都包含在下壳体(21)内部。下壳体(21)内部结构参阅图6所示，Y形光纤探头(2)穿过下壳体(21)后，用固定胶(22)固定，防止在测量中外力拉扯Y形光纤探头(2)造成内部结构受损。Y形光纤入射端(3)和标准光源(5)相耦合，Y形光纤出射端(4)和阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)相连，阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)结构如图2所示，其主要包括入射光纤(15)，出射光纤(16)、固定基底(19)和线阵CCD(17)。Y形光纤出射端(4)中的多根入射光纤(15)和阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)连接。阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块￠)固定在下壳体(21)上，并且与固定在下壳体(21)上的信号处理模块(7)相连。在工作时，阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)中采集的光强信号输出至信号处理模块(7)。信号处理模块(7)对采集的光强信号进行傅里叶变换，得到采集的傅里叶光谱，接着获取色度信息。最后，信号处理模块(7)将计算获得的色度信息输出至显示屏(8)。
权利要求
1.一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，主要包括标准光源(5)、传输光纤、阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块￠)、信号处理模块(7)和显示屏(8)，其特征在于 所述传输光纤由Y形光纤探头(2)、Y形光纤入射端(3)和Y形光纤出射端(4)组成，所述标准光源(5)的光耦合至Y形光纤入射端(3)，并由Y形光纤探头(2)出射，照射至待测物体(I)表面；光线经待测物体(I)表面反射后由Y形光纤探头(2)传输至Y形光纤出射端(4)，Y形光纤出射端(4)与阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)相连；阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块(6)采集到Y形光纤出射端(4)输入光线的干涉光强后，将其干涉信号输入至信号处理模块(7);信号处理模块(7)对采集的信号进行傅里叶变换处理后，获得待测物体(I)的表面色度并显示于显示屏(8)上。
2.根据权利要求I所述的一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，其特征在于 所述阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块￠)由多组入射光纤(15)、出射光纤(16)和线阵CCD(17)组成，所述入射光纤(15)与出射光纤(16)相对应固定在固定基底(19)上的V型槽(18)上，每一组入射光纤(15)端面和出射光纤(16)端面组成了一个腔长固定的微型光纤法布里-珀罗腔，所述线阵CCD (17)的每个像元与一个出射光纤(16)对应。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，其特征在于 所述每一组入射光纤(15)和出射光纤(16)之间的间隔长度不同，构成腔长逐步递增变化的微型光纤法布里-珀罗腔，所述线阵CXD(17)能够采集到每一组经过由入射光纤(15)和出射光纤(16)形成的法布里-罗布腔干涉后的光强。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，其特征在于所述每一组入射光纤(15)和出射光纤(16)之间的间隔长度小于等于最大测量范围的一半，其中最大测量范围通常取400nm。
5.根据权利要求2所述的一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，其特征在于 所述的入射光纤(15)和出射光纤(16)选用单模光纤,入射光纤(15)端面镀招膜，出射光纤(16)端面镀银膜，以提高入射光纤(15)端面和出射光纤(16)端面组成的法布里-珀罗腔的性能，所选用线阵CCD (17)的光谱响应范围覆盖可见光范围，并且在这一范围内有较高的响应特性。
6.根据权利要求I所述的一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，其特征在于 所述的固定基底(19)采用硅材料，其结构采用刻蚀方法在固定基底表面刻蚀出V型槽(18)，V型槽(18)的尺寸结构与入射光纤(15)、出射光纤(16)的外径匹配。
7.根据权利要求I所述的一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，其特征在于 所述的信号处理模块(7)用于完成干涉光强获取、干涉光强的傅里叶变换和色度信息的计算，主要由光强信号采集部分和信号处理电路组成，所述光强信号采集部分主要为线阵CCD(9)的驱动电路，所述信号处理电路采用DSP微处理芯片来完成复杂的数学计算，将计算的色度信息显示于显示屏(8)。
全文摘要
本发明涉及一种基于光纤法布里-珀罗微型腔的色度仪，属于色度仪器研制领域。主要包括标准光源、传输光纤、阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块、信号处理模块和显示屏。标准光源的光耦合至Y形光纤入射端，并由Y形光纤探头出射，照射至待测物体表面；光线经待测物体表面反射后由Y形光纤探头传输至Y形光纤出射端，出射端与阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块相连；阵列式法布里-珀罗微型腔干涉采集模块采集到Y形光纤出射端输入光线的干涉光强后，将其干涉信号输入至信号处理模块；信号处理模块对采集的信号进行傅里叶变换处理后，获得待测物体的表面色度并显示于显示屏上。这种色度仪器具有测量精度高，体积小和测量方便等优点。
文档编号G01J3/46GK102680104SQ201210165019
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者冯毅, 张佳全, 张宇, 张铁强, 林晓珑, 翟微微 申请人:吉林大学