專利名稱：一種測量輻射光場三維分布的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量輻射光場三維分布的裝置，具體涉及利用光纖傳輸并通過陣 列式探測器測量三維短射光場分布的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的輻射光場分布測量方法主要是利用一個或多個光電探測器在待測樣品表面 上方作二維或一維掃描，逐點探測各個觀測角度的光強，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
探測器響應(yīng)范圍較大，配合后續(xù)電路可以實現(xiàn)任意角度處反射光強的精確測量，其缺 點是耗時多，雖然采用計算機控制自動掃描測量可以提高測量速度，但仍不能實現(xiàn)實 時的在線測量，且測量過程中容易因光源輸出功率及探測器響應(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)明提出一種測量輻射光場二維分布的裝置，
所要解決的問題主要有1.系統(tǒng)應(yīng)能在較短的時間內(nèi)完成輻射光場測量。2.系統(tǒng)的
重復(fù)性誤差較小。3.系統(tǒng)能對較大范圍內(nèi)的輻射光強進(jìn)行精確測量。4.系統(tǒng)應(yīng)能實 現(xiàn)整個半球空間輻射光場的三維分布測量。5.系統(tǒng)應(yīng)方便進(jìn)行野外測量。
技術(shù)方案
一種測量輻射光場三維分布的裝置，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3、可調(diào)光闌6、透鏡5和CCD相機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3位于鉆孔半球殼1之上，二者之間通過若干光纖連接，透鏡5位于圓盤3之上，CCD相機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)和圓盤上的孔數(shù)。
所述的鉆孔圓盤3上的孔距鉆孔圓盤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3的直徑。
所述的CCD相機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的兩個端面8為凸形聚光設(shè)計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相機可以快速地測量光源輻射光場空 間分布。CCD相機曝光時間可調(diào)，能夠?qū)Χ鄠€不同強度量級的反射分布進(jìn)行準(zhǔn)確測量。 整個裝置集電源、光源、測試光路、調(diào)節(jié)、存儲和控制單元于一個緊湊的整體，方便實時在線測量及野外測量。

圖1是本發(fā)明輻射光場三維分布測量裝置的剖視圖； 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所示輻射光場三維分布測量裝置的底部放大剖視l-鉆孔半球殼；2-光纖；3-鉆孔圓盤；4-CCD相機；5-透鏡；6-可調(diào)光闌；7-圓孔； 8-端面；9-開孔；10-待測光源。
具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實施例h如圖1所示的輻射光場三維分布測量裝置包括鉆孔半球殼1、光纖2、
鉆孔圓盤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3 位于鉆孔半球殼l之上，二者之間通過若干光纖連接，光纖數(shù)目等于鉆孔半球殼上的 孔數(shù)和圓盤上的孔數(shù)，分別位于圓盤3和鉆孔半球殼1上且為同一根光纖所連接的兩 個孔相對應(yīng)，即圓盤3上的孔距圓盤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3之上，到圓盤3的距離大于透鏡5的兩倍焦距，透鏡5的孔徑大于圓盤3 的直徑，可以確保所有從圓盤上光纖端面出射的光束都能被透鏡5接收。CCD相機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3上的光纖端面 成像于CCD靶面。此裝置適合測量發(fā)光二極管(LED)等小體積光源的光輻射角分布，還可以用于測量顯示器視角特性。測量光源輻射分布時將待測光源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)光源輻射強度的大小選擇適 當(dāng)?shù)钠毓鈺r間，通過CCD相機4紀(jì)錄下光源在整個半球空間中各個角度的輻射光強并 存儲在相機所攜帶的存儲卡內(nèi)。
所述光源輻射光場三維分布的測量將待測光源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3處并由透鏡 5成像于CCD相機4上，CCD相機4的曝光時間可以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的光源輻射強 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入射光束和接收光束進(jìn)行會聚，使輻射和反射測量更 精確。
圖4中的可調(diào)光闌6采用旋片式光闌，在測量輻射光場三維分布時用以隔離環(huán)境 光干擾，測量時照射光斑的面積大于光闌開孔9的面積，光斑中心的一部分光通過開 孔9照射到待測物體表面，這樣在不同的入射角下，照射到待測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描述了測量輻射光場三維分布的具體實施過程，本發(fā)明尤其適合于測量如LED
等小型發(fā)光體的光輻射空間分布，可以在不到1秒的時間內(nèi)測得整個半球空間內(nèi)的輻 射光場分布，排除了光源功率波動的影響。
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1.一種測量輻射光場三維分布的裝置，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(3)、可調(diào)光闌(6)、透鏡(5)和CCD相機(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(3)位于鉆孔半球殼(1)之上，二者之間通過若干光纖連接，透鏡(5)位于圓盤(3)之上，CCD相機(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(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(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)和圓盤上的孔數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量輻射光場三維分布的裝置，其特征在于所述的鉆孔 圓盤(3)上的孔距鉆孔圓盤(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所述的測量輻射光場三維分布的裝置，其特征在于所述的透鏡(5)到鉆孔圓盤(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(3)的直徑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量輻射光場三維分布的裝置，其特征在于所述的CCD 相機(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所述的測量輻射光場二維分布的裝置，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所述的測量輻射光場三維分布的裝置，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(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所述的測量輻射光場三維分布的裝置，其特征在于所述的所述 光纖(2)的兩個端面(8)為凸形聚光設(shè)計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所述的測量輻射光場三維分布的裝置，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所述的測量輻射光場三維分布的裝置，其特征在于所述可調(diào)光 闌(6)采用旋片式光闌。
專利摘要本實用新型涉及一種測量輻射光場三維分布的裝置，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3、可調(diào)光闌6、透鏡5和CCD相機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3位于鉆孔半球殼1之上，二者之間通過若干光纖連接，透鏡5位于圓盤3之上，CCD相機4位于透鏡5之上。有益效果在于采用光纖和面陣CCD相機可以快速地測量光源輻射光場空間分布。CCD相機曝光時間可調(diào)，能夠?qū)Χ鄠€不同強度量級的反射分布進(jìn)行準(zhǔn)確測量。整個裝置集電源、光源、測試光路、調(diào)節(jié)、存儲和控制單元于一個緊湊的整體，方便實時在線測量及野外測量。
文檔編號G01J1/04GK201149525SQ20082002816
公開日2008年11月12日 申請日期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 申請人:西北工業(yè)大學(xué)