[发明专利]一种柱面光度测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柱面光度测量装置及方法。属于光学测量领域，用于测量光源或折反射材料的出射光强与出射光角度的之间的分布规律。

背景技术

光度学是度量光线强弱及其传播方向性的计量学科，其中重要的课题是测量光强在空间各方向上的分布规律。当测量对象是发光光源，如LED灯珠时，测量结果称之为——配光曲线(Luminous intensity distribution curve,LIDC)，是光强关于光线出射角度的函数。当测量对象是折/反射材料时，测量结果称之为——双向散射分布函数(Bidirectional scattering distribution function,BSDF)，包括其反射部分——双向反射分布函数(BRDF)，和折射部分——双向透射分布函数(BTDF)。这三个函数均是光强关于光线入射角度、出射角度的高维函数。

测量配光曲线一般使用积分球，如专利CN201210176379，使用球面漫反射光屏和转动机构实现360度空间范围上的光强测量。由于球面漫反射光屏体积大、制造成本高、转动机构安装复杂，不便于使用和推广。

测量双向散射分布函数可以使用积分球测量，也可以使用专门的测量装置，如Instrument Systems公司的GON360光强角度分布测试仪，使用两个转动的机械臂分别承载光源与测光器，机械臂相互转动逐步测量出各方向的光强数值。由于单次测量只能提供单一角度的光强值，需要长时间多次测量才能得到完整的光强分区函数，效率较低。测量期间由于环境光干扰、光源亮度波动等因素，会造成较大误差。

专利US7130033 B2使用抛物面反射镜将出射光线聚焦后成像，可一次性测量多角度的出射光强，测量效率高。但由于光线在传播过程中经历了多个透镜和抛物面反射镜，透镜/反射镜本身的折反射特性叠加到被测材料上，干扰测量结果。且抛物面反射镜制造成本较高，测量环境要求苛刻，不易于推广使用。

针对现有光度测量装置存在的问题，本发明提出了一种柱面光度测量装置及方法，使用易于制造的柱面漫反射光屏，配合使用鱼眼相机，可以用于测量光源的配光曲线，或折反射材料的双向散射分布函数。该光度测量装置结构简单易于布置，测量效率高，同时能测量上半球面的光强分布，与现有测量设备相比具有明显的优势。

发明内容

本发明提出的一种柱面光度测量装置及方法，可以低成本、高效率地测量光强在空间各方向上的分布规律，如光源的配光曲线、测量折/反射材料的双向散射分布函数等。

本发明是一种柱面光度测量装置及方法，其特征在于：包含柱面光屏1、鱼眼相机3、载物台4以及相机支架2、载物台支架5，所述的柱面光屏1为横截面为圆形或弧形的中空柱体，其长径比大于1，内壁材料采用质地均匀的白色漫反射材料；所述的载物台4置于柱面光屏1轴心线上，柱面光屏1轴线中心一侧；所述的鱼眼相机3的光心位于柱面光屏1轴心线上，载物台4旁；鱼眼相机3、载物台4之间不互相遮挡，通过相机支架2、载物台底座于柱面光屏1共同固定在实验平台上。

本发明的另一个技术方案是上述鱼眼相机3光轴与柱面光屏1轴心重合。

本发明的又一个技术方案是上述鱼眼相机3光轴与柱面光屏1轴心垂直。

本发明的另一个技术方案是上述柱面光屏1上有通光孔，用于摄入照射光。

本发明的最后一个技术方案是上述固定鱼眼相机3和载物台4的支架可以沿柱面光屏1轴线平移或转动。

(注：光源的配光曲线定义为：表示以空间方向为自变量，光源在该方向上光强的函数，如图1所示。双向散射分布函数定义为：表示以入射光方向时，折/反射材料在出射光方向上的光强函数，如图2所示，当出射光为反射光时，该函数称为双向反射分布函数：当出射光时折射光时，该函数称为双向透射分布函数：如图2所示。)

(1)构造特点：

该装置主要部分为：柱面光屏1、鱼眼相机3、载物台4，相机和载物台分别通过相机支架2，载物台支架5与柱面光屏1共同固定在实验平台上。其中柱面光屏1为横截面为圆形或弧形的中空柱体，其长径比大于1，内壁材料采用质地均匀的白色漫反射材料。柱面光屏1上可以根据需要开设通光孔，用于入射光线射入；或绘制坐标网格辅助测量定位。

柱面光屏的优点是：相对于积分球使用的球形光屏或抛物面反射屏，柱面光屏很容易使用板材弯曲制造，或利用市场上现有的管材制作，成本低、尺寸和形状精度高；相对于球面，柱面光屏很容易贴附纸基、布基等反光材料，易于光屏的维护、替换以及功能扩展。