專利名稱：亮度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
亮度測量裝置所屬技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及一種光信號測量裝置，尤其涉及一種亮度測量裝置。背景技術(shù)：
隨著各種高亮度光源的發(fā)展，尤其像半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)在指示、顯 示及照明等各方面的應(yīng)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(yīng)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(wǎng)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(wǎng)膜上的有效輻射亮度與人 眼的瞳孔尺寸、視網(wǎng)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(guān)。現(xiàn)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(xué)透鏡，將目標的亮度信號成像到相應(yīng)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 (/!)函數(shù)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(shù)，而后者可 以通過計算機軟件計算獲得與人眼視網(wǎng)膜光危害相對應(yīng)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(shù)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(xiàn)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(guān)系。對于像LED等光束分布比較窄的光源，導(dǎo)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(diào)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(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)方案和提出的技術(shù)任務(wù)在于克服上述缺點，提供 一種在成像裝置的前焦面設(shè)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(yīng)，測量過程中視場角保持恒定，能準確評價視網(wǎng)膜危害，而且 還可對不同視場角進行測量的亮度測量裝置。本實用新型解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)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(yīng)，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?？讖焦怅@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。孔徑 光闌可以是實的也可以是虛的，當(dāng)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(dāng)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(cè)的帶有圓形通光孔的光闌，該 光闌經(jīng)成像鏡頭成像在成像鏡頭的前焦點處，使前焦點處產(chǎn)生放置實體光闌的 效果。當(dāng)然在前焦點處產(chǎn)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(shù)方案的進一步完善和補充，本實用新型采用如下技術(shù)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(diào)的可調(diào)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(wǎng)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(shè)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(yīng)，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(yīng)、第二出射口與圖像光電探測裝置相對應(yīng)。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(guān)聯(lián)性， 可根據(jù)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(jié)果準確，提高了測量精度。要測量不同的有效輻亮度，如視網(wǎng)膜藍光危 害有效輻亮度，視網(wǎng)膜熱危害有效輻亮度等，只需應(yīng)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(jié)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(shù)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(jù)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)，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(dǎo)光筒、或為光闌，當(dāng)然還有其他可能接收光信號的其他裝置， 本實用新型也不排除。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(yīng)，另外的出射口可以連接其他可能應(yīng)用于該儀器的設(shè)備。所述的光束分離器與圖像光電探測裝置之間設(shè)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(shè)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(shè)有三個出射口，在光束分離器與光 譜測量裝置相對的一側(cè)面設(shè)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(yīng)。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(yīng)的出射口分別位于對準裝置的物面和像 面，且經(jīng)過對準裝置后兩個出射口的物與像之間是一倍大小的關(guān)系(主要用于確定測量區(qū)域的一致性)。對準裝置的設(shè)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(diào)節(jié)座上。位置調(diào)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(diào)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(yīng)可能存在差異，只需對各個 像素或區(qū)域的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)進行測量，存于計算機中，本實用新型可以利用光 譜測量裝置測得的光譜分布數(shù)據(jù)分別進行校正計算；位置調(diào)節(jié)座的設(shè)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(nèi)芯光纖和外包環(huán)形光纖，所述的內(nèi)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(shè)置有利于指示光譜測量裝置的 測試區(qū)域。其中，內(nèi)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(diào)節(jié)器。接收口 調(diào)節(jié)器可以是一個可調(diào)光闌，通過改變光闌孔徑來改變光接收裝置的接收口大 小；或者是一個成像透鏡、凹面反光鏡等成像光學(xué)元件，光接收裝置的接收口 是光接收裝置的實際入射口經(jīng)過成像光學(xué)元件所成的像，通過改變成像光學(xué)元 件的成像倍率來改變接收口的大小。本實用新型具有的顯著進步1、 孔徑光闌設(shè)置于成像裝置的前焦面，用于限定測試視場，限制接收孔徑， 提高測量精度；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(shù)據(jù)結(jié)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(xué)物理量，如亮度、色度值、暗視覺亮度、視網(wǎng)膜有效 藍光亮度等等，只需應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)表對測量的二維光強度分布數(shù)和光譜數(shù)據(jù) 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(yīng)的差異，只需將各個像 素或區(qū)域的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)進行測量，存于計算機中，本實用新型可以利用光譜 儀測量的光譜分布數(shù)據(jù)進行分別校正計算，得到高的測量精度。
圖1為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型中的一種通光孔徑為7mm的孔徑光闌的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實用新型中的一種通光孔徑連續(xù)可調(diào)的孔徑光闌的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實用新型中的一種通光孔可變的孔徑光闌的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖中l(wèi).成像裝置、l-l.成像鏡頭、l-2.孔徑光鬧、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(dǎo)軌、3-3.滑塊、3-4.驅(qū)動螺桿、4.濾光器、5.對準裝置、6.照明光源、7.接收口調(diào)節(jié)器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明。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(yīng)，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l-2可以是實的也可以是虛的，己在發(fā)明內(nèi)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(shù)。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(diào)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(diào)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(shè)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-l、 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(shè)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(yīng)，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(yīng)、第二出射口與圖像光電探測裝置2-2相對應(yīng)。光束分離器2-1與圖像光電探測裝置2-2之間設(shè)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(yīng)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-l 的出射口相對應(yīng)，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(yīng)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(dǎo)軌3-2，與導(dǎo)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(qū)動滑塊3-3移動的驅(qū)動螺桿3-4，滑塊3-3和座體3-1其中之 一與成像裝置i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(cè)面設(shè)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U，對準裝置5的設(shè)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-l 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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性計算得到亮度、輻亮度等參數(shù)。 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(diào)節(jié) 座2-33上，圖示實例中的位置調(diào)節(jié)座2-33是一個二維平移臺(同樣的，該部分 可能的結(jié)構(gòu)已在發(fā)明內(nèi)容部分做出具體描述，在此不贅訴)。其余結(jié)構(gòu)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(nèi)芯光纖和外包環(huán)形光纖，內(nèi)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(jié)構(gòu)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(diào)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(jīng)過成像光學(xué)元件(也就是接收口調(diào)節(jié)器7)所成的像，通過改變成像光 學(xué)元件的成像倍率來改變接收口的大小，使實際產(chǎn)生效果的接收口大小適應(yīng)測 試需求，并與圖像光電探測器上的相應(yīng)測試區(qū)域相對應(yīng)。圖示實例中的接收口 調(diào)節(jié)器是一個帶成像透鏡的鏡筒，光纖的接收口經(jīng)過接收口調(diào)節(jié)器7成像到光 束分離器2-l的出射口上。其余結(jié)構(gòu)同實施例2。
權(quán)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(yīng)，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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(shè)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(yīng)，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(yīng)、第二出射口與圖像光電 探測裝置(2-2)相對應(yīng)。
5. 根據(jù)權(quán)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(yīng)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(yīng)，光接收裝置(2-31)出射口有一個或多個。
6. 根據(jù)權(quán)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(shè)置有濾光器(4)。
7. 根據(jù)權(quán)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(shè)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(cè)面設(shè)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(yīng)。
8. 根據(jù)權(quán)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(diào)節(jié)座(2-33)上。
9. 根據(jù)權(quán)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(nèi)芯光纖和外包環(huán)形光纖，所述的內(nèi)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(jù)權(quán)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(diào)節(jié)器(7)。
專利摘要本實用新型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(yīng)，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(shè)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(yīng)，測量過程中視場角保持恒定，能準確評價視網(wǎng)膜危害，而且還可對不同視場角進行測量。
文檔編號G01J1/42GK201218753SQ200820120998
公開日2009年4月8日 申請日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)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