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专利名称：一种测量辐射光场三维分布的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量辐射光场三维分布的装置，具体涉及利用光纤传输并通过阵 列式探测器测量三维短射光场分布的领域。
背景技术：
现有的辐射光场分布测量方法主要是利用一个或多个光电探测器在待测样品表面 上方作二维或一维扫描，逐点探测各个观测角度的光强，如M. Barilli和A. Mazzoni 白勺i仑文《An equipment for measuring 3D bi-directional scattering distribution flinction of black painted and differently machined surfaces》(Proc. of SPIE, 59620L, 2005)。该方法
探测器响应范围较大，配合后续电路可以实现任意角度处反射光强的精确测量，其缺 点是耗时多，虽然采用计算机控制自动扫描测量可以提高测量速度，但仍不能实现实 时的在线测量，且测量过程中容易因光源输出功率及探测器响应度变化而受到影响， 重复性较差。 发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种测量辐射光场二维分布的装置，
所要解决的问题主要有1.系统应能在较短的时间内完成辐射光场测量。2.系统的
重复性误差较小。3.系统能对较大范围内的辐射光强进行精确测量。4.系统应能实 现整个半球空间辐射光场的三维分布测量。5.系统应方便进行野外测量。
技术方案
一种测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于装置的组成包括钻孔半球壳1、
光纤2、钻孔圆盘3、可调光阑6、透镜5和CCD相机4;可调光阑6位于装置底部， 钻孔半球壳1位于可调光阑6上，钻孔圆盘3位于钻孔半球壳1之上，二者之间通过若干光纤连接，透镜5位于圆盘3之上，CCD相机4位于透镜5之上；所述的可调光 阑6的下表面与钻孔半球壳1的赤道面重合，且可调光阑6下表面的中心与钻孔半球 壳l的球心重合；所述的钻孔半球壳l、光纤2、钻孔圆盘3、可调光阑6、透镜5和 成像系统沿装置主轴同轴分布；所述的钻孔半球壳1和钻孔圆盘3上的孔数目相等且 均匀分布，光纤数目等于钻孔半球壳上的孔数和圆盘上的孔数。
所述的钻孔圆盘3上的孔距钻孔圆盘3中心的距离正比于钻孔半球壳1上的孔的 轴线与装置主轴的夹角，且两对应孔的轴线与光纤轴线在同一平面内。
所述的透镜5到钻孔圆盘3的距离大于透镜5的两倍焦距，透镜5的孔径大于钻 孔圆盘3的直径。
所述的CCD相机4靶面距离透镜1倍焦距到2倍焦距之间。
所述的钻孔半球壳1上的圆孔7沿钻孔半球壳1表面均匀分布，孔径可取 0.5mm 2mm，孔间距可取lmm 2mm，所有圆孔7的轴垂直于钻孔半球壳1表面并指 向球心。
所述钻孔半球壳1上的圆孔7的孔径与钻孔圆盘3上圆孔的孔径与光纤2的直径 相等。
所述的所述光纤2的两个端面8为凸形聚光设计或在光纤两端加装与光纤同轴的 自聚焦透镜。
所述的钻孔半球壳1的内壁及圆孔7的内壁涂黑色吸光涂层。
所述可调光阑6采用旋片式光阑。
有益效果
本发明的有益效果在于采用光纤和面阵CCD相机可以快速地测量光源辐射光场空 间分布。CCD相机曝光时间可调，能够对多个不同强度量级的反射分布进行准确测量。 整个装置集电源、光源、测试光路、调节、存储和控制单元于一个紧凑的整体，方便实时在线测量及野外测量。

图1是本发明辐射光场三维分布测量装置的剖视图； 图2是本发明中钻孔半球壳的俯视图3是本发明中光纤插入钻孔半球壳处的局部放大剖视图； 图4是本发明中可调光阑的俯视图5是图1所示辐射光场三维分布测量装置的底部放大剖视l-钻孔半球壳；2-光纤；3-钻孔圆盘；4-CCD相机；5-透镜；6-可调光阑；7-圆孔； 8-端面；9-开孔；10-待测光源。
具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述
实施例h如图1所示的辐射光场三维分布测量装置包括钻孔半球壳1、光纤2、
钻孔圆盘3、可调光阑6和成像系统。所有组件沿装置主轴同轴分布，可调光阑6位 于装置底部，钻孔半球壳1位于可调光阑6上，可调光阑6的下表面与钻孔半球壳1 的赤道面重合，且可调光阑6下表面的中心与钻孔半球壳1的球心重合。钻孔圆盘3 位于钻孔半球壳l之上，二者之间通过若干光纤连接，光纤数目等于钻孔半球壳上的 孔数和圆盘上的孔数，分别位于圆盘3和钻孔半球壳1上且为同一根光纤所连接的两 个孔相对应，即圆盘3上的孔距圆盘3中心的距离正比于钻孔半球壳1上的孔的轴线 与装置主轴的夹角(天顶角)，且两对应孔的轴线与光纤轴线在同一平面内。透镜5 位于圆盘3之上，到圆盘3的距离大于透镜5的两倍焦距，透镜5的孔径大于圆盘3 的直径，可以确保所有从圆盘上光纤端面出射的光束都能被透镜5接收。CCD相机4 位于透镜5之上，CCD靶面距离透镜1倍焦距到2倍焦距之间，圆盘3上的光纤端面 成像于CCD靶面。此装置适合测量发光二极管(LED)等小体积光源的光辐射角分布，还可以用于测量显示器视角特性。测量光源辐射分布时将待测光源10置于钻孔半球壳
球心位置处，并调节可调光阑6的大小使其中心孔9的大小等于待测光源10的大小以 防止外界环境光的干扰，如图1和图6A所示，然后根据光源辐射强度的大小选择适 当的曝光时间，通过CCD相机4纪录下光源在整个半球空间中各个角度的辐射光强并 存储在相机所携带的存储卡内。
所述光源辐射光场三维分布的测量将待测光源10置于钻孔半球壳1的球心处， 调节可调光阑6使其中间孔9的大小与待测光源10相当，可调光阑6阻挡了外界环境 光的影响，且其表面为吸光涂层。由光源辐射的光经光纤2传输至圆盘3处并由透镜 5成像于CCD相机4上，CCD相机4的曝光时间可以调节以适应不同的光源辐射强 度。
图2中钻孔半球壳1上的圆孔7沿钻孔半球壳1表面均匀分布，孔径可取 0.5mm 2mm，孔间距可取lmm 2mm。实施例中孔径可取lmm，孔间距可取lmm。 所有圆孔的轴垂直于钻孔半球壳1表面并指向球心，钻孔半球壳内壁涂黑以防止未照 射到光纤端面的光在钻孔半球壳内壁发生反射。
图3表示了光纤一端插入钻孔半球壳1的情况，光纤直径等于圆孔7的孔径为 lmm。光纤端面8距钻孔半球壳1内壁有一段距离，且圆孔内壁涂黑，这样限制了入 射光和接收光的方向并减弱了光纤端面反射造成的干扰。光纤端面为凸透镜形状，可 以在不使用外加透镜的条件下对入射光束和接收光束进行会聚，使辐射和反射测量更 精确。
图4中的可调光阑6采用旋片式光阑，在测量辐射光场三维分布时用以隔离环境 光干扰，测量时照射光斑的面积大于光阑开孔9的面积，光斑中心的一部分光通过开 孔9照射到待测物体表面，这样在不同的入射角下，照射到待测物体表面的光斑都是 同一面积的圆斑，而辐射照度正比于入射角的余弦。图5描述了测量辐射光场三维分布的具体实施过程，本发明尤其适合于测量如LED
等小型发光体的光辐射空间分布，可以在不到1秒的时间内测得整个半球空间内的辐 射光场分布，排除了光源功率波动的影响。
本发明所述装置外壳采用刚度较好的金属壳封装，外壳内壁涂黑色吸光涂层，外 壳上设置光源位置调节及光阑调节装置并可以显示调节值。
权利要求1.一种测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于装置的组成包括钻孔半球壳(1)、光纤(2)、钻孔圆盘(3)、可调光阑(6)、透镜(5)和CCD相机(4)；可调光阑(6)位于装置底部，钻孔半球壳(1)位于可调光阑(6)上，钻孔圆盘(3)位于钻孔半球壳(1)之上，二者之间通过若干光纤连接，透镜(5)位于圆盘(3)之上，CCD相机(4)位于透镜(5)之上；所述的可调光阑(6)的下表面与钻孔半球壳(1)的赤道面重合，且可调光阑(6)下表面的中心与钻孔半球壳(1)的球心重合；所述的钻孔半球壳(1)、光纤(2)、钻孔圆盘(3)、可调光阑(6)、透镜(5)和成像系统沿装置主轴同轴分布；所述的钻孔半球壳(1)和钻孔圆盘(3)上的孔数目相等且均匀分布，光纤数目等于钻孔半球壳上的孔数和圆盘上的孔数。
2. 根据权利要求1所述的测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于所述的钻孔 圆盘(3)上的孔距钻孔圆盘(3)中心的距离正比于钻孔半球壳(1)上的孔的轴 线与装置主轴的夹角，且两对应孔的轴线与光纤轴线在同一平面内。
3. 根据权利要求1所述的测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于所述的透镜(5)到钻孔圆盘(3)的距离大于透镜(5)的两倍焦距，透镜(5)的孔径大于 钻孔圆盘(3)的直径。
4. 根据权利要求1所述的测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于所述的CCD 相机(4)靶面距离透镜1倍焦距到2倍焦距之间。
5. 根据权利要求1所述的测量辐射光场二维分布的装置，其特征在于所述的钻孔 半球壳(1)上的圆孔(7)沿钻孔半球壳(1)表面均匀分布，孔径可取0.5mm 2mm， 孔间距可取lmm 2mm，所有圆孔(7)的轴垂直于钻孔半球壳(1)表面并指向球 心。
6. 根据权利要求1所述的测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于所述钻孔半 球壳(1)上的圆孔(7)的孔径与钻孔圆盘(3)上圆孔的孔径与光纤(2)的直 径相等。
7. 根据权利要求1所述的测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于所述的所述 光纤(2)的两个端面(8)为凸形聚光设计或在光纤两端加装与光纤同轴的自聚 焦透镜。
8. 根据权利要求1所述的测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于所述的钻孔 半球壳(1)的内壁及圆孔(7)的内壁涂黑色吸光涂层。
9. 根据权利要求1所述的测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于所述可调光 阑(6)采用旋片式光阑。
专利摘要本实用新型涉及一种测量辐射光场三维分布的装置，其特征在于装置的组成包括钻孔半球壳1、光纤2、钻孔圆盘3、可调光阑6、透镜5和CCD相机4；可调光阑6位于装置底部，钻孔半球壳1位于可调光阑6上，钻孔圆盘3位于钻孔半球壳1之上，二者之间通过若干光纤连接，透镜5位于圆盘3之上，CCD相机4位于透镜5之上。有益效果在于采用光纤和面阵CCD相机可以快速地测量光源辐射光场空间分布。CCD相机曝光时间可调，能够对多个不同强度量级的反射分布进行准确测量。整个装置集电源、光源、测试光路、调节、存储和控制单元于一个紧凑的整体，方便实时在线测量及野外测量。
文档编号G01J1/04GK201149525SQ20082002816
公开日2008年11月12日 申请日期2008年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者驹 任, 赵建林 申请人:西北工业大学