CN201218753Y - 亮度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光信号测量装置，尤其涉及一种亮度测量装置。它包括成像装置、光测量装置以及用于连接成像装置和光测量装置的连接座，成像装置的出射口与光测量装置的入射口相对应，成像装置包括成像镜头和孔径光阑，孔径光阑位于成像镜头的前焦面上。在成像装置的前焦面设有光阑的亮度测量装置，光阑孔径的大小与人眼睛瞳孔大小相适应，测量过程中视场角保持恒定，能准确评价视网膜危害，而且还可对不同视场角进行测量。

Description

亮度测量装置

【所属技术领域】

本实用新型涉及一种光信号测量装置，尤其涉及一种亮度测量装置。

【背景技术】

随着各种高亮度光源的发展，尤其像半导体发光器件(LED)在指示、显示及照明等各方面的应用越来越普遍，其光辐射对人眼的伤害越来越引起人们的注意。近几年国际上也有相应的标准对这种危害性提出了等级分类评定要求。

在光源的光生物安全测试与评价中，要求测量在人眼视网膜上的有效辐射亮度，用以评价被测光源的光辐射安全性。人眼视网膜上的有效辐射亮度与人眼的瞳孔尺寸、视网膜损伤对不同波长的敏感性、光源的光谱特性、人眼观察光源的持续时间等特性、光源表面的发光分布等有关。

现有的亮度计有光亮度计、光谱辐射亮度计和成像亮度计。这三种亮度计都具有成像光学透镜，将目标的亮度信号成像到相应的光电探测器件上。光亮度计和光谱辐射亮度计分别采用光谱光视效率V(λ)函数修正的光电探测器和光谱辐射分析仪，前者只能读取亮度值，不能获得辐射亮度等参数，而后者可以通过计算机软件计算获得与人眼视网膜光危害相对应的有效辐射亮度。成像亮度计采用二维面阵光电探测器测量二维亮度分布，通过在二维面阵光电探测器前加光谱光视效率V(λ)函数滤光片及其它特殊滤光片可以得到二维亮度或辐亮度分布，但精度不及光亮度计和光谱辐射亮度计。

现有仪器的不足之处：亮度计的光阑孔径一般比较大，口径与人眼的瞳孔的尺寸没有关系。对于像LED等光束分布比较窄的光源，导致测量值偏小，低估被测光源的危害性。仪器测量的视场角恒定，但对不同距离的目标进行测量时，通过调焦，仪器的有效孔径发生了变化。此外光谱辐射亮度计只能测量某一个小区域的平均亮度和平均有效辐射亮度值，无法快速地对某一个平面上的有效辐射亮度进行测量。而成像亮度计无法精确地测量各种光源的有效辐射亮度。

【发明内容】

本实用新型要解决的技术方案和提出的技术任务在于克服上述缺点，提供一种在成像装置的前焦面设有光阑的亮度测量装置，光阑孔径的大小与人眼睛瞳孔大小相适应，测量过程中视场角保持恒定，能准确评价视网膜危害，而且还可对不同视场角进行测量的亮度测量装置。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是：亮度测量装置，包括成像装置、光测量装置以及用于连接成像装置和光测量装置的连接座，所述的成像装置的出射口与光测量装置的入射口相对应，其特征在于所述的成像装置包括成像镜头和孔径光阑，孔径光阑位于成像镜头的前焦面上。孔径光阑可以是一个圆形的通光孔，孔径光阑位于成像镜头的前焦面上可以使测量装置的孔径光阑和测量视场角保持恒定，不随测试距离改变而改变，测量精度高。孔径光阑可以是实的也可以是虚的，当为实孔径光阑时，孔径光阑是位于成像镜头的前焦面上带有圆形通光孔的光阑；当虚为孔径光阑时，孔径光阑是位于成像镜头(可以为一片透镜或多片透镜)中间或后侧的带有圆形通光孔的光阑，该光阑经成像镜头成像在成像镜头的前焦点处，使前焦点处产生放置实体光阑的效果。当然在前焦点处产生放置实体光阑效果的方式不局限于上述的两种方式。光测量装置可以是一个具有二维面阵探测器件(如CCD、CMOS)的二维面阵测试仪，或是一个光谱辐射分析仪，或者是光度计，或者是多种光测量装置的组合。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型采用如下技术措施：所述孔径光阑上的通光孔为一个可变孔径的圆形通光孔。可变孔径的圆形通光孔可以是一个光阑孔径连续可调的可调光阑，或者是一个具有多个不同孔径的通光孔的挡光板，通过切换通光孔改变孔径光阑的孔径。孔径光阑的孔径可变有利于扩大适用测试范围，尤其适合测量不均匀的光。

所述孔径光阑上通光孔为直径为7mm的圆形通光孔。直径为7mm的孔径光阑模拟人眼最大瞳孔直径，适合于人眼视网膜有效辐射亮度的测量，测量精度高，而且对光源的要求较低，测量灵敏度高。

所述的光测量装置包括光束分离器、图像光电探测装置和光谱测量装置，所述的光束分离器上至少设有一个入射口和二个出射口，该光束分离器上的入射口与成像装置相对应，该光束分离器上的第一出射口与光谱测量装置的入射口相对应、第二出射口与图像光电探测装置相对应。这里的图像光电探测装置可以为二维图像光电探测装置，用二维图像光电探测装置和光谱测量装置同时测量同一个区域，二维图像光电探测装置和光谱测量装置的测量值存在关联性，可根据光谱测量装置测量值来修正二维图像光电探测装置测得的光测量值，使测量结果准确，提高了测量精度。要测量不同的有效辐亮度，如视网膜蓝光危害有效辐亮度，视网膜热危害有效辐亮度等，只需应用光谱测量装置的不同的测量值来修正二维图像光电探测装置测得的光测量值，使测量结果准确。二维图像光电探测装置指的是其上的光电探测器为面阵探测器(如数码相机里的光电传感器)，可以一次性测试光源整个表面上的二维亮度分布，使用更方便，更快速。光谱测量装置可以根据实际需要同时测量不同波长的光谱信号，可有效的避免在不同时间测量产生的误差，提高了测量精度，而且还方便、快捷。

所述的光谱测量装置包括光接收装置、与光接收装置上的一个光出射口相对应的光谱辐射分析仪，所述光接收装置上的入射口与光束分离器的出射口相对应，光接收装置的出射口有一个或多个。光接收装置可以是混光积分球、或为光纤、或为导光筒、或为光阑，当然还有其他可能接收光信号的其他装置，本实用新型也不排除。光接收装置的出射口有一个或多个，其中一个出射口与光谱辐射分析仪相对应，另外的出射口可以连接其他可能应用于该仪器的设备。

所述的光束分离器与图像光电探测装置之间设置有滤光器。滤光器可以是一片滤光片，或者是多片滤光片叠加，或者是一个包含有多个滤光片的滤色盘，滤色盘的不同区域安装有不同的滤光片。滤光器的设置有利于扩展图像光电探测装置的测试范围。

所述的光束分离器是分光棱镜，其上设有三个出射口，在光束分离器与光谱测量装置相对的一侧面设有对准装置，该对准装置为凹面反光镜或为成像透镜与平面反光镜的组合，其与光束分离器上的第三出射口相对应。分光棱镜(为一个部分透射、部分反射的分光棱镜)使用方便，测量精度高。对准装置可以是凹面反光镜或是成像透镜与平面反光镜的组合，光束分离器的两个分别与图像光电探测装置和光谱测量装置对应的出射口分别位于对准装置的物面和像面，且经过对准装置后两个出射口的物与像之间是一倍大小的关系(主要用于确定测量区域的一致性)。对准装置的设置有利于指示图像光电探测装置的测试区域中与光谱测量装置的测试区域重合的区域。

所述光接收装置安装在位置调节座上。位置调节座可以是一个二维平移台，或者是两个一维平移台的组合，或者是一个一维平移台。位置调节座可沿着一个与光束分离器的第一出射口所在平面平行的平面平移。二维图像光电探测装置上的二维光电器件的各个像素或区域的光谱响应可能存在差异，只需对各个像素或区域的光谱响应数据进行测量，存于计算机中，本实用新型可以利用光谱测量装置测得的光谱分布数据分别进行校正计算；位置调节座的设置可以使光谱测量装置对光输入装置像面上的每个像素或区域的测量值进行修正。

所述的光接收装置包括环形光纤和照明光源，所述环形光纤的接收端包括内芯光纤和外包环形光纤，所述的内芯光纤与光谱辐射分析仪相连接，所述的外包环形光纤与照明光源相连接。环形光纤的设置有利于指示光谱测量装置的测试区域。其中，内芯光纤将成像信息传送到光谱辐射分析仪，外包环形光纤接收照明光源的光照，通过光分离器和对准装置，将外包环形光纤成像到图像光电探测装置上确定测量范围。

所述的光接收装置上安装有用于改变接收口大小的接收口调节器。接收口调节器可以是一个可调光阑，通过改变光阑孔径来改变光接收装置的接收口大小；或者是一个成像透镜、凹面反光镜等成像光学元件，光接收装置的接收口是光接收装置的实际入射口经过成像光学元件所成的像，通过改变成像光学元件的成像倍率来改变接收口的大小。

本实用新型具有的显著进步：

1、孔径光阑设置于成像装置的前焦面，用于限定测试视场，限制接收孔径，提高测量精度；

2、同时利用光谱辐射分析仪和二维图像光电探测装置测量，两者的测试数据结合在一起可计算测量目标的有效辐射亮度分布，并找出最大危害的有效辐射亮度值；

3、光接收装置的光接收口可变，同时，可以通过选择二维光电探测装置上的像素，选择测试视场，而且二维光电探测装置上的像素多，测量视场角范围大，可以同时测量不同视场角下有效辐射亮度，操作方便，测量精度高；

4、要测量不同的光学物理量，如亮度、色度值、暗视觉亮度、视网膜有效蓝光亮度等等，只需应用相应的数据表对测量的二维光强度分布数和光谱数据进行计算就可得到，方便、快捷、高精度；

5、二维图像面光电装置各个像素或区域的光谱响应的差异，只需将各个像素或区域的光谱响应数据进行测量，存于计算机中，本实用新型可以利用光谱仪测量的光谱分布数据进行分别校正计算，得到高的测量精度。

【附图说明】

图1为本实用新型的一种结构示意图；

图2为本实用新型中的一种通光孔径为7mm的孔径光阑的结构示意图；

图3为本实用新型中的一种通光孔径连续可调的孔径光阑的结构示意图；

图4为本实用新型中的一种通光孔可变的孔径光阑的结构示意图；

图5为本实用新型的一种结构示意图；

图6为本实用新型的一种结构示意图；

图7为本实用新型的一种结构示意图；

图8为本实用新型的一种结构示意图；

图中：1.成像装置、1-1.成像镜头、1-2.孔径光阑、2.光测量装置、2-1.光束分离器、2-2.图像光电探测装置、2-3.光谱测量装置、2-31.光接收装置、2-32.光谱辐射分析仪、3、连接座、3-1.座体、3-2.导轨、3-3.滑块、3-4.驱动螺杆、4.滤光器、5.对准装置、6.照明光源、7.接收口调节器。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

实施例1：亮度测量装置，如图1所示，它包括成像装置1、光测量装置2以及用于连接成像装置1和光测量装置2的连接座3，成像装置1的出射口与光测量装置2的入射口相对应，成像装置1包括成像镜头1-1和孔径光阑1-2，孔径光阑1-2位于成像镜头1-1的前焦面上(孔径光阑1-2可以是实的也可以是虚的，已在发明内容部分做具体的描述，在此不赘诉)。

使用时，利用成像装置1将被测光源成像到光测量装置，利用光测量装置测试得到被测光源的亮度、辐亮度等参数。

图示实例中的孔径光阑1-2可以是图2所示的直径7mm的圆形通光孔，或者是一个可变孔径的圆形通光孔，如图3所示是一个通光孔径连续可调的孔径光阑，或通过改变挡光片相对位置改变通光孔大小，通常称作可调光阑，如图4所示是一种通光孔可变的孔径光阑，在一块挡光板上设置多个不同孔径的通光孔，移动挡光板来选择使用不同的通光孔，从而改变通光孔径。

实施例2：亮度测量装置，如图5所示，光测量装置2包括光束分离器2-1、图像光电探测装置2-2和光谱测量装置2-3，所述的光束分离器2-1上至少设有一个入射口和二个出射口，该光束分离器2-1上的入射口与成像装置1相对应，该光束分离器2-1上的第一出射口与光谱测量装置2-3的入射口相对应、第二出射口与图像光电探测装置2-2相对应。

光束分离器2-1与图像光电探测装置2-2之间设置有滤光器4。所述的光谱测量装置2-3包括光接收装置2-31、与光接收装置2-31上的一个光出射口相对应的光谱辐射分析仪2-32，所述光接收装置2-31上的入射口与光束分离器2-1的出射口相对应，光接收装置2-31出射口有一个或多个，除了与光谱辐射分析仪2-32相对应的出射口外，其他出射口可以用于连接其他可能的仪器，使该亮度测量装置功能和测量效果更完善。图5所示实例中的连接座3包括座体3-1，安装在座体3-1上的导轨3-2，与导轨3-2滑动连接的滑块3-3，以及安装在座体3-1上的用于驱动滑块3-3移动的驱动螺杆3-4，滑块3-3和座体3-1其中之一与成像装置1固接，另一个与光测量装置2固接。也就是说，光测量装置2与滑块3-3固接，成像装置1与座体3-1固接；或者，光测量装置2与座体3-1固接，成像装置1与滑块3-3固定连接。光束分离器2-1是一个部分透射、部分反射的分光棱镜，在光束分离器2-1与光谱测量装置2-3相对的一侧面设有对准装置5；图5所示实例中，对准装置5为凹面反光镜，对准装置5正对光束分离器2-1的第三出射口，对准装置5的设置用于对准图像光电探测装置2-2和光谱测量装置2-3测量的区域。光接收装置2-31的光接收口，通过光束分离器2-1和对准装置5成像到图像光电探测装置2-2上，从而确定测量区域的一致性。该实例中的光接收装置2-31是光纤；图像光电探测装置2-2为二维图像光电探测装置，其通常为CCD、CMOS等面阵的图像光电探测装置；在成像装置1和光测量装置2之间安装有一个遮光装置8，遮光装置8可以是黑色套筒或者是黑色罩壳，用于隔绝外界环境光影响。其余结构同实施例1。

使用时，利用成像装置1将被测光源成像到光束分离器2-1的两个出射口上同时被图像光电探测装置2-2和光谱测量装置2-3接收并测量，图像光电探测装置2-2和光谱测量装置2-3的测试数据都输入到计算机中，利用图像光电探测装置2-2和光谱测量装置2-3的测试数据的关联性计算得到亮度、辐亮度等参数。

实施例3：亮度测量装置，如图6所示，光接收装置2-31安装在位置调节座2-33上，图示实例中的位置调节座2-33是一个二维平移台(同样的，该部分可能的结构已在发明内容部分做出具体描述，在此不赘诉)。其余结构同实施例2。

实施例4：亮度测量装置，如图7所示，接收装置2-3 1包括环形光纤和照明光源6，环形光纤的接收端包括内芯光纤和外包环形光纤，内芯光纤与光谱辐射分析仪2-32相连接，外包环形光纤与照明光源6相连接。其余结构同实施例2。

实施例5：亮度测量装置，如图8所示，光接收装置2-31上安装有用于改变接收口大小的接收口调节器7。光接收装置的接收口是光接收装置的实际入射口经过成像光学元件(也就是接收口调节器7)所成的像，通过改变成像光学元件的成像倍率来改变接收口的大小，使实际产生效果的接收口大小适应测试需求，并与图像光电探测器上的相应测试区域相对应。图示实例中的接收口调节器是一个带成像透镜的镜筒，光纤的接收口经过接收口调节器7成像到光束分离器2-1的出射口上。其余结构同实施例2。

Claims (10)

1.亮度测量装置，包括成像装置(1)、光测量装置(2)以及用于连接成像装置(1)和光测量装置(2)的连接座(3)，所述的成像装置(1)的出射口与光测量装置(2)的入射口相对应，其特征在于所述的成像装置(1)包括成像镜头(1-1)和孔径光阑(1-2)，孔径光阑(1-2)位于成像镜头(1-1)的前焦面上。

2.根据权利要求1所述的亮度测量装置，其特征在于所述孔径光阑(1-2)上的通光孔为一个可变孔径的圆形通光孔。

3.根据权利要求1所述的亮度测量装置，其特征在于所述孔径光阑(1-2)上通光孔为直径为7mm的圆形通光孔。

4.根据权利要求1或2或3所述的亮度测量装置，其特征在于所述的光测量装置(2)包括光束分离器(2-1)、图像光电探测装置(2-2)和光谱测量装置(2-3)，所述的光束分离器(2-1)上至少设有一个入射口和二个出射口，该光束分离器(2-1)上的入射口与成像装置(1)相对应，该光束分离器(2-1)上的第一出射口与光谱测量装置(2-3)的入射口相对应、第二出射口与图像光电探测装置(2-2)相对应。

5.根据权利要求4所述的亮度测量装置，其特征在于所述的光谱测量装置(2-3)包括光接收装置(2-31)、与光接收装置(2-31)上的一个光出射口相对应的光谱辐射分析仪(2-32)，所述光接收装置(2-31)上的入射口与光束分离器(2-1)的出射口相对应，光接收装置(2-31)出射口有一个或多个。

6.根据权利要求4所述的亮度测量装置，其特征在于所述的光束分离器(2-1)与图像光电探测装置(2-2)之间设置有滤光器(4)。

7.根据权利要求4所述的亮度测量装置，其特征在于所述的光束分离器(2-1)是分光棱镜，其上设有三个出射口，在光束分离器(2-1)与光谱测量装置(2-3)相对的一侧面设有对准装置(5)，该对准装置(5)为凹面反光镜或为成像透镜与平面反光镜的组合，其与光束分离器(2-1)上的第三出射口相对应。

8.根据权利要求5所述的亮度测量装置，其特征在于所述光接收装置(2-31)安装在位置调节座(2-33)上。

9.根据权利要求5所述的亮度测量装置，其特征在于所述的光接收装置(2-31)包括环形光纤和照明光源(6)，所述环形光纤的接收端包括内芯光纤和外包环形光纤，所述的内芯光纤与光谱辐射分析仪(2-32)相连接，所述的外包环形光纤与照明光源(6)相连接。

10.根据权利要求5所述的亮度测量装置，其特征在于所述的光接收装置(2-31)上安装有用于改变接收口大小的接收口调节器(7)。

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