專利名稱：亮度測量裝置的制作方法
亮度測量裝置
所屬技術領域
本發(fā)明涉及一種光信號測量裝置，尤其涉及一種亮度測量裝置。背景纟支術
隨著各種高亮度光源的發(fā)展，尤其像半導體發(fā)光器件(LED)在指示、顯 示及照明等各方面的應用越來越普遍，其光輻射對人眼的傷害越來越引起人們 的注意。近幾年國際上也有相應的標準對這種危害性提出了等級分類評定要求。
在光源的光生物安全測試與評價中，要求測量在人眼視網膜上的有效輻射 亮度，用以評價被測光源的光輻射安全性。人眼視網膜上的有效輻射亮度與人 眼的瞳孔尺寸、視網膜損傷對不同波長的敏感性、光源的光譜特性、人眼觀察 光源的持續(xù)時間等特性、光源表面的發(fā)光分布等有關。
現有的亮度計有光亮度計、光譜輻射亮度計和成像亮度計。這三種亮度計 都具有成像光學透鏡，將目標的亮度信號成像到相應的光電探測器件上。光亮 度計和光譜輻射亮度計分別采用光譜光視效率V (/0函數修正的光電探測器和 光譜輻射分析儀，前者只能讀取亮度值，不能獲得輻射亮度等參數，而后者可 以通過計算機軟件計算獲得與人眼視網膜光危害相對應的有效輻射亮度。成像 亮度計采用二維面陣光電探測器測量二維亮度分布，通過在二維面陣光電探測 器前加光譜光視效率V (入)函數濾光片及其它特殊濾光片可以得到二維亮度 或輻亮度分布，但精度不及光亮度計和光譜輻射亮度計。
現有儀器的不足之處亮度計的光闌孔徑一般比較大，口徑與人眼的瞳孔 的尺寸沒有關系。對于像LED等光束分布比較窄的光源，導致測量值偏小，低 估被測光源的危害性。儀器測量的視場角恒定，但對不同距離的目標進行測量 時，通過調焦，儀器的有效孔徑發(fā)生了變化。此外光譜輻射亮度計只能測量某一個小區(qū)域的平均亮度和平均有效輻射亮度值，無法快速地對某一個平面上的 有效輻射亮度進行測量。而成像亮度計無法精確地測量各種光源的有效輻射亮 度。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術方案和提出的技術任務在于克服上述缺點，提供一種 在成像裝置的前焦面設有光闌的亮度測量裝置，光闌孔徑的大小與人眼睛瞳孔 大小相適應，測量過程中視場角保持恒定，能準確評價視網膜危害，而且還可 對不同視場角進行測量的亮度測量裝置。
本發(fā)明解決現有技術問題所采用的技術方案是亮度測量裝置，包括成像
裝置、光測量裝置以及用于連接成像裝置和光測量裝置的連接座，所述的成像 裝置的出射口與光測量裝置的入射口相對應，其特征在于所述的成像裝置包括 成像鏡頭和孔徑光闌，孔徑光闌位于成像鏡頭的前焦面上。孔徑光闌可以是一 個圓形的通光孔，孔徑光闌位于成像鏡頭的前焦面上可以使測量裝置的孔徑光 闌和測量視場角保持恒定，不隨測試距離改變而改變，測量精度高?？讖焦怅@ 可以是實的也可以是虛的，當為實孔徑光闌時，孔徑光闌是位于成像鏡頭的前 焦面上帶有圓形通光孔的光闌；當虛為孔徑光闌時，孔徑光闌是位于成像鏡頭 (可以為一片透鏡或多片透鏡)中間或后側的帶有圓形通光孔的光闌，該光闌 經成像鏡頭成像在成像鏡頭的前焦點處，使前焦點處產生放置實體光闌的效果。 當然在前焦點處產生放置實體光闌效果的方式不局限于上述的兩種方式。光測
量裝置可以是一個具有二維面陣探測器件(如CCD、 CMOS)的二維面陣測試
儀，或是一個光譜輻射分析儀，或者是光度計，或者是多種光測量裝置的組合。
作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本發(fā)明采用如下技術措施所 述孔徑光闌上的通光孔為一個可變孔徑的圓形通光孔。可變孔徑的圓形通光孔 可以是一個光闌孔徑連續(xù)可調的可調光闌，或者是一個具有多個不同孔徑的通 光孔的擋光板，通過切換通光孔改變孔徑光闌的孔徑?？讖焦怅@的孔徑可變有 利于擴大適用測試范圍，尤其適合測量不均勻的光。所述孔徑光闌上通光孔為直徑為7mm的圓形通光孔。直徑為7mm的孔徑 光闌模擬人眼最大瞳孔直徑，適合于人眼視網膜有效輻射亮度的測量，測量精 度高，而且對光源的要求較低，測量靈敏度高。
所述的光測量裝置包括光束分離器、圖像光電探測裝置和光譜測量裝置， 所述的光束分離器上至少設有一個入射口和二個出射口，該光束分離器上的入 射口與成像裝置相對應，該光束分離器上的第一出射口與光譜測量裝置的入射 口相對應、第二出射口與圖像光電探測裝置相對應。這里的圖像光電探測裝置 可以為二維圖像光電探測裝置，用二維圖像光電探測裝置和光譜測量裝置同時 測量同一個區(qū)域，二維圖像光電探測裝置和光譜測量裝置的測量值存在關聯性， 可根據光譜測量裝置測量值來修正二維圖像光電探測裝置測得的光測量值，使 測量結果準確，提高了測量精度。要測量不同的有效輻亮度，如視網膜藍光危 害有效輻亮度，視網膜熱危害有效輻亮度等，只需應用光譜測量裝置的不同的 測量值來修正二維圖像光電探測裝置測得的光測量值，使測量結果準確。二維 圖像光電探測裝置指的是其上的光電探測器為面陣探測器(如數碼相機里的光 電傳感器)，可以一次性測試光源整個表面上的二維亮度分布，使用更方便，更 快速。光譜測量裝置可以根據實際需要同時測量不同波長的光譜信號，可有效 的避免在不同時間測量產生的誤差，提高了測量精度，而且還方便、快捷。
所述的光譜測量裝置包括光接收裝置、與光接收裝置上的一個光出射口相 對應的光譜輻射分析儀，所述光接收裝置上的入射口與光束分離器的出射口相 對應，光接收裝置的出射口有一個或多個。光接收裝置可以是混光積分球、或 為光纖、或為導光筒、或為光闌，當然還有其他可能接收光信號的其他裝置， 本發(fā)明也不排除。光接收裝置的出射口有一個或多個，其中一個出射口與光譜 輻射分析儀相對應，另外的出射口可以連接其他可能應用于該儀器的設備。
所述的光束分離器與圖像光電探測裝置之間設置有濾光器。濾光器可以是 一片濾光片，或者是多片濾光片疊加，或者是一個包含有多個濾光片的濾色盤，濾色盤的不同區(qū)域安裝有不同的濾光片。濾光器的設置有利于擴展圖像光電探 測裝置的測試范圍。
所述的光束分離器是分光棱鏡，其上設有三個出射口，在光束分離器與光 譜測量裝置相對的一側面設有對準裝置，該對準裝置為凹面反光鏡或為成像透 鏡與平面反光鏡的組合，其與光束分離器上的第三出射口相對應。分光棱鏡(為 一個部分透射、部分反射的分光棱鏡)使用方便，測量精度高。對準裝置可以 是凹面反光鏡或是成像透鏡與平面反光鏡的組合，光束分離器的兩個分別與圖 像光電探測裝置和光譜測量裝置對應的出射口分別位于對準裝置的物面和像 面，且經過對準裝置后兩個出射口的物與像之間是一倍大小的關系(主要用于 確定測量區(qū)域的一致性)。對準裝置的設置有利于指示圖像光電探測裝置的測試 區(qū)域中與光譜測量裝置的測試區(qū)域重合的區(qū)域。
所述光接收裝置安裝在位置調節(jié)座上。位置調節(jié)座可以是一個二維平移臺， 或者是兩個一維平移臺的組合，或者是一個一維平移臺。位置調節(jié)座可沿著一 個與光束分離器的第一出射口所在平面平行的平面平移。二維圖像光電探測裝 置上的二維光電器件的各個像素或區(qū)域的光譜響應可能存在差異，只需對各個 像素或區(qū)域的光譜響應數據進行測量，存于計算機中，本發(fā)明可以利用光譜測 量裝置測得的光譜分布數據分別進行校正計算；位置調節(jié)座的設置可以使光譜 測量裝置對光輸入裝置像面上的每個像素或區(qū)域的測量值進行修正。
所述的光接收裝置包括環(huán)形光纖和照明光源，所述環(huán)形光纖的接收端包括 內芯光纖和外包環(huán)形光纖，所述的內芯光纖與光譜輻射分析儀相連接，所述的 外包環(huán)形光纖與照明光源相連接。環(huán)形光纖的設置有利于指示光譜測量裝置的 測試區(qū)域。其中，內芯光纖將成像信息傳送到光譜輻射分析儀，外包環(huán)形光纖 接收照明光源的光照，通過光分離器和對準裝置，將外包環(huán)形光纖成像到圖像 光電探測裝置上確定測量范圍。
所述的光接收裝置上安裝有用于改變接收口大小的接收口調節(jié)器。接收口調節(jié)器可以是一個可調光闌，通過改變光闌孔徑來改變光接收裝置的接收口大 ??；或者是一個成像透鏡、凹面反光鏡等成像光學元件，光接收裝置的接收口 是光接收裝置的實際入射口經過成像光學元件所成的像，通過改變成像光學元 件的成像倍率來改變接收口的大小。 本發(fā)明具有的顯著進步
1、 孔徑光闌設置于成像裝置的前焦面，用于限定測試視場，限制接收孔徑，
2、 同時利用光譜輻射分析儀和二維圖像光電探測裝置測量，兩者的測試數 據結合在一起可計算測量目標的有效輻射亮度分布，并找出最大危害的有效輻
射亮度值；
3、 光接收裝置的光接收口可變，同時，可以通過選擇二維光電探測裝置上
的像素，選擇測試視場，而且二維光電探測裝置上的像素多，測量視場角范圍
大，可以同時測量不同視場角下有效輻射亮度，操作方便，測量精度高；
4、 要測量不同的光學物理量，如亮度、色度值、暗視覺亮度、視網膜有效
藍光亮度等等，只需應用相應的數據表對測量的二維光強度分布數和光譜數據
進行計算就可得到，方便、快捷、高精度；
5、 二維圖像面光電裝置各個像素或區(qū)域的光譜響應的差異，只需將各個像 素或區(qū)域的光譜響應數據進行測量，存于計算機中，本發(fā)明可以利用光譜儀測 量的光譜分布數據進行分別校正計算，得到高的測量精度。


圖1為本發(fā)明的一種結構示意圖2為本發(fā)明中的一種通光孔徑為7mm的孔徑光鬧的結構示意圖； 圖3為本發(fā)明中的一種通光孔徑連續(xù)可調的孔徑光闌的結構示意圖； 圖4為本發(fā)明中的一種通光孔可變的孔徑光闌的結構示意圖； 圖5為本發(fā)明的一種結構示意圖；圖6為本發(fā)明的一種結構示意圖； 圖7為本發(fā)明的一種結構示意圖； 圖8為本發(fā)明的一種結構示意圖中l(wèi).成像裝置、l-l.成像鏡頭、l-2.孔徑光闌、2.光測量裝置、2-1.光 束分離器、2-2.圖像光電探測裝置、2-3.光譜測量裝置、2-31.光接收裝置、2-32. 光譜輻射分析儀、3、連接座、3-1.座體、3-2.導軌、3-3.滑塊、3-4.驅動螺桿、 4.濾光器、5.對準裝置、6.照明光源、7.接收口調節(jié)器。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例l:亮度測量裝置，如圖1所示，它包括成像裝置l、光測量裝置2
以及用于連接成像裝置1和光測量裝置2的連接座3，成像裝置1的出射口與
光測量裝置2的入射口相對應，成像裝置1包括成像鏡頭1-1和孔徑光闌1-2，
孔徑光闌l-2位于成像鏡頭1-1的前焦面上(孔徑光闌1-2可以是實的也可以是
虛的，已在發(fā)明內容部分做具體的描述，在此不贅訴)。
使用時，利用成像裝置1將被測光源成像到光測量裝置，利用光測量裝置 測試得到被測光源的亮度、輻亮度等參數。
圖示實例中的孔徑光闌l-2可以是圖2所示的直徑7mm的圓形通光孔，或 者是一個可變孔徑的圓形通光孔，如圖3所示是一個通光孔徑連續(xù)可調的孔徑 光闌，或通過改變擋光片相對位置改變通光孔大小，通常稱作可調光闌，如圖 4所示是一種通光孔可變的孔徑光闌，在一塊擋光板上設置多個不同孔徑的通 光孔，移動擋光板來選擇使用不同的通光孔，從而改變通光孔徑。
實施例2:亮度測量裝置，如圖5所示，光測量裝置2包括光束分離器2-1、 圖像光電探測裝置2-2和光譜測量裝置2-3，所述的光束分離器2-1上至少設有 一個入射口和二個出射口，該光束分離器2-l上的入射口與成像裝置1相對應， 該光束分離器2-l上的第一出射口與光譜測量裝置2-3的入射口相對應、第二出射口與圖像光電探測裝置2-2相對應。
光束分離器2-l與圖像光電探測裝置2-2之間設置有濾光器4。所述的光譜 測量裝置2-3包括光接收裝置2-31、與光接收裝置2-31上的一個光出射口相對 應的光譜輻射分析儀2-32，所述光接收裝置2-31上的入射口與光束分離器2-1 的出射口相對應，光接收裝置2-31出射口有一個或多個，除了與光譜輻射分析 儀2-32相對應的出射口外，其他出射口可以用于連接其他可能的儀器，使該亮 度測量裝置功能和測量效果更完善。圖5所示實例中的連接座3包括座體3-1， 安裝在座體3-1上的導軌3-2，與導軌3-2滑動連接的滑塊3-3，以及安裝在座 體3-1上的用于驅動滑塊3-3移動的驅動螺桿3-4，滑塊3-3和座體3-1其中之 一與成像裝置1固接，另一個與光測量裝置2固接。也就是說，光測量裝置2 與滑塊3-3固接，成像裝置1與座體3-1固接；或者，光測量裝置2與座體3-l 固接，成像裝置1與滑塊3-3固定連接。光束分離器2-l是一個部分透射、部分 反射的分光棱鏡，在光束分離器2-1與光譜測量裝置2-3相對的一側面設有對準 裝置5;圖5所示實例中，對準裝置5為凹面反光鏡，對準裝置5正對光束分 離器2-l的第三出射口，對準裝置5的設置用于對準圖像光電探測裝置2-2和光 譜測量裝置2-3測量的區(qū)域。光接收裝置2-31的光接收口，通過光束分離器2-1 和對準裝置5成像到圖像光電探測裝置2-2上，從而確定測量區(qū)域的一致性。 該實例中的光接收裝置2-31是光纖；圖像光電探測裝置2-2為二維圖像光電探 測裝置，其通常為CCD、 CMOS等面陣的圖像光電探測裝置；在成像裝置l和 光測量裝置2之間安裝有一個遮光裝置8，遮光裝置8可以是黑色套筒或者是 黑色罩殼，用于隔絕外界環(huán)境光影響。其余結構同實施例l。
使用時，利用成像裝置1將被測光源成像到光束分離器2-1的兩個出射口 上同時被圖像光電探測裝置2-2和光譜測量裝置2-3接收并測量，圖像光電探測 裝置2-2和光譜測量裝置2-3的測試數據都輸入到計算機中，利用圖像光電探測 裝置2-2和光譜測量裝置2-3的測試數據的關聯性計算得到亮度、輻亮度等參數。實施例3:亮度測量裝置，如圖6所示，光接收裝置2-31安裝在位置調節(jié) 座2-33上，圖示實例中的位置調節(jié)座2-33是一個二維平移臺(同樣的，該部分 可能的結構已在發(fā)明內容部分做出具體描述，在此不贅訴)。其余結構同實施例 2。
實施例4:亮度測量裝置，如圖7所示，接收裝置2-31包括環(huán)形光纖和照 明光源6，環(huán)形光纖的接收端包括內芯光纖和外包環(huán)形光纖，內芯光纖與光譜 輻射分析儀2-32相連接，外包環(huán)形光纖與照明光源6相連接。其余結構同實施 例2。
實施例5:亮度測量裝置，如圖8所示，光接收裝置2-31上安裝有用于改 變接收口大小的接收口調節(jié)器7。光接收裝置的接收口是光接收裝置的實際入 射口經過成像光學元件(也就是接收口調節(jié)器7)所成的像，通過改變成像光 學元件的成像倍率來改變接收口的大小，使實際產生效果的接收口大小適應測 試需求，并與圖像光電探測器上的相應測試區(qū)域相對應。圖示實例中的接收口 調節(jié)器是一個帶成像透鏡的鏡筒，光纖的接收口經過接收口調節(jié)器7成像到光 束分離器2-l的出射口上。其余結構同實施例2。
權利要求
1.亮度測量裝置，包括成像裝置(1)、光測量裝置(2)以及用于連接成像裝置(1)和光測量裝置(2)的連接座(3)，所述的成像裝置(1)的出射口與光測量裝置(2)的入射口相對應，其特征在于所述的成像裝置(1)包括成像鏡頭(1-1)和孔徑光闌(1-2)，孔徑光闌(1-2)位于成像鏡頭(1-1)的前焦面上。
2. 根據權利要求1所述的亮度測量裝置，其特征在于所述孔徑光闌(1-2) 上的通光孔為一個可變孔徑的圓形通光孔。
3. 根據權利要求l所述的亮度測量裝置，其特征在于所述孔徑光闌(1-2) 上通光孔為直徑為7mm的圓形通光孔。
4. 根據權利要求1或2或3所述的亮度測量裝置，其特征在于所述的光測 量裝置(2)包括光束分離器(2-1)、圖像光電探測裝置(2-2)和光譜測量裝置(2-3)，所述的光束分離器(2-1)上至少設有一個入射口和二個出射口，該光 束分離器(2-1)上的入射口與成像裝置(1)相對應，該光束分離器(2-1)上 的第一出射口與光譜測量裝置(2-3)的入射口相對應、第二出射口與圖像光電 探測裝置(2-2)相對應。
5. 根據權利要求4所述的亮度測量裝置，其特征在于所述的光譜測量裝置 (2-3)包括光接收裝置(2-31)、與光接收裝置(2-31)上的一個光出射口相對應的光譜輻射分析儀(2-32)，所述光接收裝置(2-31)上的入射口與光束分離 器(2-1)的出射口相對應，光接收裝置(2-31)出射口有一個或多個。
6. 根據權利要求4所述的亮度測量裝置，其特征在于所述的光束分離器 (2-1)與圖像光電探測裝置(2-2)之間設置有濾光器(4)。
7. 根據權利要求4所述的亮度測量裝置，其特征在于所述的光束分離器 (2-1)是分光棱鏡，其上設有三個出射口，在光束分離器(2-1)與光譜測量裝置(2-3)相對的一側面設有對準裝置(5)，該對準裝置(5)為凹面反光鏡或 為成像透鏡與平面反光鏡的組合，其與光束分離器(2-1)上的第三出射口相對 應。
8. 根據權利要求5所述的亮度測量裝置，其特征在于所述光接收裝置(2-31) 安裝在位置調節(jié)座(2-33)上。
9. 根據權利要求5所述的亮度測量裝置，其特征在于所述的光接收裝置 (2-31)包括環(huán)形光纖和照明光源(6)，所述環(huán)形光纖的接收端包括內芯光纖和外包環(huán)形光纖，所述的內芯光纖與光譜輻射分析儀(2-32)相連接，所述的 外包環(huán)形光纖與照明光源(6)相連接。
10. 根據權利要求5所述的亮度測量裝置，其特征在于所述的光接收裝置 (2-31)上安裝有用于改變接收口大小的接收口調節(jié)器(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光信號測量裝置，尤其涉及一種亮度測量裝置。它包括成像裝置、光測量裝置以及用于連接成像裝置和光測量裝置的連接座，成像裝置的出射口與光測量裝置的入射口相對應，成像裝置包括成像鏡頭和孔徑光闌，孔徑光闌位于成像鏡頭的前焦面上。在成像裝置的前焦面設有光闌的亮度測量裝置，光闌孔徑的大小與人眼睛瞳孔大小相適應，測量過程中視場角保持恒定，能準確評價視網膜危害，而且還可對不同視場角進行測量。
文檔編號G01J1/42GK101625263SQ20081006295
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月7日 優(yōu)先權日2008年7月7日
發(fā)明者牟同升 申請人:杭州浙大三色儀器有限公司