利用线阵CCD测量照明光场均匀度

 现代的光学测量系统中大都要求光源能提供一个均匀的光场照明，其光场的均匀度对光学测量系统的精度影响颇大。因此有必要对光场的均匀程度进行检测，一般的方法是采用小型探头在光场内进行逐点扫描，进行测量。但其费时较长，且探头的扫描机构复杂。为克服上述不足，本文提出了一种利用线阵CCD进行检测的新方法。 2检测原理与方法线阵CCD是一种新型的半导体光电转换器件，其基本结构是一种呈线型密排的MOS电容阵列。能够在适当相序的时钟脉冲驱动下，依次将存储在像敏单元势阱中的光生电荷输出，实现自扫描。利用CCD的像敏单元的线型分布结构和CCD的自扫描特性，采用二次机械扫描就可以来检测光场的均匀度。该方法分两步对整个待测光场进行扫描，利用CCD的各像元对光场进行探测，采用帧对比的方法，从CCD输出信号中分析待测光场是否均匀。**步进行圆周扫描，如所示。 圆周扫描示意图CCD―端的有效像元对准待测光场光轴，另一端的有效像元对准待测光场边缘。当CCD以光轴为轴心顺时针旋转时，CCD的各像元分别相当于一个小型探头同时在光场内做圆周扫描，这些圆周将待测光场分成若干宽度相同的同心圆环。各个CCD像元就在这些同心圆环内沿圆周扫描。这样可通过CCD各像元的输出信号分析知道各圆环内的光场分布是否均匀。通过**步圆周扫描可知光场分布在各圆环内是否均匀，但并不能确定各圆环间的光场分布是否均匀，因此必须进行第二步扫描。 当CCD沿径向平移时，相当于有一个小型探头沿光场径向扫描，同理由采集到的CCD的输出信号分析可知光场沿径向的分布是否均匀，也即各圆环间光场分布是否均匀。综合**和第二步则可知光场的整体分布是否均匀。如果光场沿径向和各圆周都分布均匀，则此光场整体分布也均匀。 3系统组成光场均匀度检测系统主要由计算机系统、控制驱动系统、CCD扫描机构、数据采集系统和显示打印终端组成。系统工作过程为：首先由计算机系统通过控制驱动系统操作CCD的扫描机构进行圆周和径向的扫描，然后通过数据采集系统采集CCD获得的光场信号并送交计算机系统进行计算分析，*后将结果通过显示打印终端打印显示出来。其结构框图如所示。 电路原理框图示，采用集成运算放大器反馈型恒流源电路，其中包括调整管、采样电阻、基准电压、比较放大器等。在要求输出电流较大、精度较高的实际应用中，采用反馈型恒流源电路是行之有效的方法。工作时它通过负反馈作用，电流检测电阻Rs上压降与基准电压Vr相等，且分别加到放大器的反相和同相输入端，可获得恒定电流I=Vr/Rs.由此可见，在理想状态下，反馈型恒流源的输出电流10仅由基准电压Us和采样电阻Rs决定，而与输入电压UI和负载电阻RL的变化没有关系。 辅助电路有LED电流显示、限流保护、软起动软关闭、色温测量控制等电路。LED电流显示电路比较普遍，这里不再介绍。保护电路采用稳压二极管DW的限流型保护电路，正常工作时，保护电路不起作用。当负载电流超限时，稳压管反向导通，稳压管的箝位作用使调整管VT电流量不再大。限流值Imax=（Vdw的电压不能突变，需要一定的充电时间，电压才能达到额定值，通过调整充电电阻和电容调整启动时间。色温测量控制电路主要是根据双色法原理设计，从探测头输出红、蓝二色光电流，输入集成运算电路中放大，并进行除法运算，输出驱动标定的电压表显示色温。 5恒流源输出电流不稳定因素分析及元器件选择基准电压的稳定度、检测电阻阻值的温度系数、放大器输入端电压的漂移，此三项因素对电源稳定度有直接的影响，成正比关系，是高稳定度电源至关重要的因素。放大器本身参数的变化、放大器输入端内阻及限流电阻的漂移、负载电阻随温度的变化、交流电网的波动，对高稳定度电源有间接的影响，它们的变化均衰减了KFFRS倍后，然后才反应到负载电流的变化，与系统闭环反馈放大倍数有关，反馈放大倍数越大越好，但是太大容易振荡，这就要有一个综合调节过程，既能满足电源稳定度，又能使电源整个系统稳定运行，而不发生振荡。 知道了影响恒流源输出电流的各种不稳定因素后，适当地选择元器件，合理地布线，可以使各种不利因素影响尽量减小，以提高恒流源的整体性能。因此提高电源稳定度关键在于：①提高基准电压精度。本设计选用带有恒温槽的稳压管LM399提供基准电压，LM399的温度漂移典型值为3X 107/*C.②采样电阻精确恒定。电阻Rs选用大功率硅锰铜材料制成的精密线绕电阻，因为其具有较低的温度系数、阻值精度高、稳定性好、抗氧化、耐热。③低漂移的反馈放大器。选用高性能、低漂移、高输入阻抗的运算放大器CA3140. 6结论本电路结构简单可行，成本较低，在百元左右，就可制作一台精密电源，能够满足标准灯的供电要求，也适合于测试实验室使用。