專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，具體涉及利用光纖傳輸并通過(guò)陣 列式探測(cè)器測(cè)量三維短射光場(chǎng)分布的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的輻射光場(chǎng)分布測(cè)量方法主要是利用一個(gè)或多個(gè)光電探測(cè)器在待測(cè)樣品表面 上方作二維或一維掃描，逐點(diǎn)探測(cè)各個(gè)觀測(cè)角度的光強(qiáng)，如M. Barilli和A. Mazzoni 白勺i侖文《An equipment for measuring 3D bi-directional scattering distribution flinction of black painted and differently machined surfaces》(Proc. of SPIE, 59620L, 2005)。該方法
探測(cè)器響應(yīng)范圍較大，配合后續(xù)電路可以實(shí)現(xiàn)任意角度處反射光強(qiáng)的精確測(cè)量，其缺 點(diǎn)是耗時(shí)多，雖然采用計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)掃描測(cè)量可以提高測(cè)量速度，但仍不能實(shí)現(xiàn)實(shí) 時(shí)的在線測(cè)量，且測(cè)量過(guò)程中容易因光源輸出功率及探測(cè)器響應(yīng)度變化而受到影響， 重復(fù)性較差。 發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題
為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種測(cè)量輻射光場(chǎng)二維分布的裝置，
所要解決的問(wèn)題主要有1.系統(tǒng)應(yīng)能在較短的時(shí)間內(nèi)完成輻射光場(chǎng)測(cè)量。2.系統(tǒng)的
重復(fù)性誤差較小。3.系統(tǒng)能對(duì)較大范圍內(nèi)的輻射光強(qiáng)進(jìn)行精確測(cè)量。4.系統(tǒng)應(yīng)能實(shí) 現(xiàn)整個(gè)半球空間輻射光場(chǎng)的三維分布測(cè)量。5.系統(tǒng)應(yīng)方便進(jìn)行野外測(cè)量。
技術(shù)方案
一種測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于裝置的組成包括鉆孔半球殼1、
光纖2、鉆孔圓盤(pán)3、可調(diào)光闌6、透鏡5和CCD相機(jī)4;可調(diào)光闌6位于裝置底部， 鉆孔半球殼1位于可調(diào)光闌6上，鉆孔圓盤(pán)3位于鉆孔半球殼1之上，二者之間通過(guò)若干光纖連接，透鏡5位于圓盤(pán)3之上，CCD相機(jī)4位于透鏡5之上；所述的可調(diào)光 闌6的下表面與鉆孔半球殼1的赤道面重合，且可調(diào)光闌6下表面的中心與鉆孔半球 殼l的球心重合；所述的鉆孔半球殼l、光纖2、鉆孔圓盤(pán)3、可調(diào)光闌6、透鏡5和 成像系統(tǒng)沿裝置主軸同軸分布；所述的鉆孔半球殼1和鉆孔圓盤(pán)3上的孔數(shù)目相等且 均勻分布，光纖數(shù)目等于鉆孔半球殼上的孔數(shù)和圓盤(pán)上的孔數(shù)。
所述的鉆孔圓盤(pán)3上的孔距鉆孔圓盤(pán)3中心的距離正比于鉆孔半球殼1上的孔的 軸線與裝置主軸的夾角，且兩對(duì)應(yīng)孔的軸線與光纖軸線在同一平面內(nèi)。
所述的透鏡5到鉆孔圓盤(pán)3的距離大于透鏡5的兩倍焦距，透鏡5的孔徑大于鉆 孔圓盤(pán)3的直徑。
所述的CCD相機(jī)4靶面距離透鏡1倍焦距到2倍焦距之間。
所述的鉆孔半球殼1上的圓孔7沿鉆孔半球殼1表面均勻分布，孔徑可取 0.5mm 2mm，孔間距可取lmm 2mm，所有圓孔7的軸垂直于鉆孔半球殼1表面并指 向球心。
所述鉆孔半球殼1上的圓孔7的孔徑與鉆孔圓盤(pán)3上圓孔的孔徑與光纖2的直徑 相等。
所述的所述光纖2的兩個(gè)端面8為凸形聚光設(shè)計(jì)或在光纖兩端加裝與光纖同軸的 自聚焦透鏡。
所述的鉆孔半球殼1的內(nèi)壁及圓孔7的內(nèi)壁涂黑色吸光涂層。
所述可調(diào)光闌6采用旋片式光闌。
有益效果
本發(fā)明的有益效果在于采用光纖和面陣CCD相機(jī)可以快速地測(cè)量光源輻射光場(chǎng)空 間分布。CCD相機(jī)曝光時(shí)間可調(diào)，能夠?qū)Χ鄠€(gè)不同強(qiáng)度量級(jí)的反射分布進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。 整個(gè)裝置集電源、光源、測(cè)試光路、調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)和控制單元于一個(gè)緊湊的整體，方便實(shí)時(shí)在線測(cè)量及野外測(cè)量。

圖1是本發(fā)明輻射光場(chǎng)三維分布測(cè)量裝置的剖視圖； 圖2是本發(fā)明中鉆孔半球殼的俯視圖3是本發(fā)明中光纖插入鉆孔半球殼處的局部放大剖視圖； 圖4是本發(fā)明中可調(diào)光闌的俯視圖5是圖1所示輻射光場(chǎng)三維分布測(cè)量裝置的底部放大剖視l-鉆孔半球殼；2-光纖；3-鉆孔圓盤(pán)；4-CCD相機(jī)；5-透鏡；6-可調(diào)光闌；7-圓孔； 8-端面；9-開(kāi)孔；10-待測(cè)光源。
具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)施例h如圖1所示的輻射光場(chǎng)三維分布測(cè)量裝置包括鉆孔半球殼1、光纖2、
鉆孔圓盤(pán)3、可調(diào)光闌6和成像系統(tǒng)。所有組件沿裝置主軸同軸分布，可調(diào)光闌6位 于裝置底部，鉆孔半球殼1位于可調(diào)光闌6上，可調(diào)光闌6的下表面與鉆孔半球殼1 的赤道面重合，且可調(diào)光闌6下表面的中心與鉆孔半球殼1的球心重合。鉆孔圓盤(pán)3 位于鉆孔半球殼l之上，二者之間通過(guò)若干光纖連接，光纖數(shù)目等于鉆孔半球殼上的 孔數(shù)和圓盤(pán)上的孔數(shù)，分別位于圓盤(pán)3和鉆孔半球殼1上且為同一根光纖所連接的兩 個(gè)孔相對(duì)應(yīng)，即圓盤(pán)3上的孔距圓盤(pán)3中心的距離正比于鉆孔半球殼1上的孔的軸線 與裝置主軸的夾角(天頂角)，且兩對(duì)應(yīng)孔的軸線與光纖軸線在同一平面內(nèi)。透鏡5 位于圓盤(pán)3之上，到圓盤(pán)3的距離大于透鏡5的兩倍焦距，透鏡5的孔徑大于圓盤(pán)3 的直徑，可以確保所有從圓盤(pán)上光纖端面出射的光束都能被透鏡5接收。CCD相機(jī)4 位于透鏡5之上，CCD靶面距離透鏡1倍焦距到2倍焦距之間，圓盤(pán)3上的光纖端面 成像于CCD靶面。此裝置適合測(cè)量發(fā)光二極管(LED)等小體積光源的光輻射角分布，還可以用于測(cè)量顯示器視角特性。測(cè)量光源輻射分布時(shí)將待測(cè)光源10置于鉆孔半球殼
球心位置處，并調(diào)節(jié)可調(diào)光闌6的大小使其中心孔9的大小等于待測(cè)光源10的大小以 防止外界環(huán)境光的干擾，如圖1和圖6A所示，然后根據(jù)光源輻射強(qiáng)度的大小選擇適 當(dāng)?shù)钠毓鈺r(shí)間，通過(guò)CCD相機(jī)4紀(jì)錄下光源在整個(gè)半球空間中各個(gè)角度的輻射光強(qiáng)并 存儲(chǔ)在相機(jī)所攜帶的存儲(chǔ)卡內(nèi)。
所述光源輻射光場(chǎng)三維分布的測(cè)量將待測(cè)光源10置于鉆孔半球殼1的球心處， 調(diào)節(jié)可調(diào)光闌6使其中間孔9的大小與待測(cè)光源10相當(dāng)，可調(diào)光闌6阻擋了外界環(huán)境 光的影響，且其表面為吸光涂層。由光源輻射的光經(jīng)光纖2傳輸至圓盤(pán)3處并由透鏡 5成像于CCD相機(jī)4上，CCD相機(jī)4的曝光時(shí)間可以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的光源輻射強(qiáng) 度。
圖2中鉆孔半球殼1上的圓孔7沿鉆孔半球殼1表面均勻分布，孔徑可取 0.5mm 2mm，孔間距可取lmm 2mm。實(shí)施例中孔徑可取lmm，孔間距可取lmm。 所有圓孔的軸垂直于鉆孔半球殼1表面并指向球心，鉆孔半球殼內(nèi)壁涂黑以防止未照 射到光纖端面的光在鉆孔半球殼內(nèi)壁發(fā)生反射。
圖3表示了光纖一端插入鉆孔半球殼1的情況，光纖直徑等于圓孔7的孔徑為 lmm。光纖端面8距鉆孔半球殼1內(nèi)壁有一段距離，且圓孔內(nèi)壁涂黑，這樣限制了入 射光和接收光的方向并減弱了光纖端面反射造成的干擾。光纖端面為凸透鏡形狀，可 以在不使用外加透鏡的條件下對(duì)入射光束和接收光束進(jìn)行會(huì)聚，使輻射和反射測(cè)量更 精確。
圖4中的可調(diào)光闌6采用旋片式光闌，在測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布時(shí)用以隔離環(huán)境 光干擾，測(cè)量時(shí)照射光斑的面積大于光闌開(kāi)孔9的面積，光斑中心的一部分光通過(guò)開(kāi) 孔9照射到待測(cè)物體表面，這樣在不同的入射角下，照射到待測(cè)物體表面的光斑都是 同一面積的圓斑，而輻射照度正比于入射角的余弦。圖5描述了測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的具體實(shí)施過(guò)程，本發(fā)明尤其適合于測(cè)量如LED
等小型發(fā)光體的光輻射空間分布，可以在不到1秒的時(shí)間內(nèi)測(cè)得整個(gè)半球空間內(nèi)的輻 射光場(chǎng)分布，排除了光源功率波動(dòng)的影響。
本發(fā)明所述裝置外殼采用剛度較好的金屬殼封裝，外殼內(nèi)壁涂黑色吸光涂層，外 殼上設(shè)置光源位置調(diào)節(jié)及光闌調(diào)節(jié)裝置并可以顯示調(diào)節(jié)值。
權(quán)利要求1.一種測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于裝置的組成包括鉆孔半球殼(1)、光纖(2)、鉆孔圓盤(pán)(3)、可調(diào)光闌(6)、透鏡(5)和CCD相機(jī)(4)；可調(diào)光闌(6)位于裝置底部，鉆孔半球殼(1)位于可調(diào)光闌(6)上，鉆孔圓盤(pán)(3)位于鉆孔半球殼(1)之上，二者之間通過(guò)若干光纖連接，透鏡(5)位于圓盤(pán)(3)之上，CCD相機(jī)(4)位于透鏡(5)之上；所述的可調(diào)光闌(6)的下表面與鉆孔半球殼(1)的赤道面重合，且可調(diào)光闌(6)下表面的中心與鉆孔半球殼(1)的球心重合；所述的鉆孔半球殼(1)、光纖(2)、鉆孔圓盤(pán)(3)、可調(diào)光闌(6)、透鏡(5)和成像系統(tǒng)沿裝置主軸同軸分布；所述的鉆孔半球殼(1)和鉆孔圓盤(pán)(3)上的孔數(shù)目相等且均勻分布，光纖數(shù)目等于鉆孔半球殼上的孔數(shù)和圓盤(pán)上的孔數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于所述的鉆孔 圓盤(pán)(3)上的孔距鉆孔圓盤(pán)(3)中心的距離正比于鉆孔半球殼(1)上的孔的軸 線與裝置主軸的夾角，且兩對(duì)應(yīng)孔的軸線與光纖軸線在同一平面內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于所述的透鏡(5)到鉆孔圓盤(pán)(3)的距離大于透鏡(5)的兩倍焦距，透鏡(5)的孔徑大于 鉆孔圓盤(pán)(3)的直徑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于所述的CCD 相機(jī)(4)靶面距離透鏡1倍焦距到2倍焦距之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量輻射光場(chǎng)二維分布的裝置，其特征在于所述的鉆孔 半球殼(1)上的圓孔(7)沿鉆孔半球殼(1)表面均勻分布，孔徑可取0.5mm 2mm， 孔間距可取lmm 2mm，所有圓孔(7)的軸垂直于鉆孔半球殼(1)表面并指向球 心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于所述鉆孔半 球殼(1)上的圓孔(7)的孔徑與鉆孔圓盤(pán)(3)上圓孔的孔徑與光纖(2)的直 徑相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于所述的所述 光纖(2)的兩個(gè)端面(8)為凸形聚光設(shè)計(jì)或在光纖兩端加裝與光纖同軸的自聚 焦透鏡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于所述的鉆孔 半球殼(1)的內(nèi)壁及圓孔(7)的內(nèi)壁涂黑色吸光涂層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于所述可調(diào)光 闌(6)采用旋片式光闌。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量輻射光場(chǎng)三維分布的裝置，其特征在于裝置的組成包括鉆孔半球殼1、光纖2、鉆孔圓盤(pán)3、可調(diào)光闌6、透鏡5和CCD相機(jī)4；可調(diào)光闌6位于裝置底部，鉆孔半球殼1位于可調(diào)光闌6上，鉆孔圓盤(pán)3位于鉆孔半球殼1之上，二者之間通過(guò)若干光纖連接，透鏡5位于圓盤(pán)3之上，CCD相機(jī)4位于透鏡5之上。有益效果在于采用光纖和面陣CCD相機(jī)可以快速地測(cè)量光源輻射光場(chǎng)空間分布。CCD相機(jī)曝光時(shí)間可調(diào)，能夠?qū)Χ鄠€(gè)不同強(qiáng)度量級(jí)的反射分布進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。整個(gè)裝置集電源、光源、測(cè)試光路、調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)和控制單元于一個(gè)緊湊的整體，方便實(shí)時(shí)在線測(cè)量及野外測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J1/04GK201149525SQ20082002816
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者駒 任, 趙建林 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)