一種柱面光度測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種柱面光度測量裝置。屬于光學測量領域，用于測量光源或折反射 材料的出射光強與出射光角度的之間的分布規(guī)律。
【背景技術】
[0002] 光度學是度量光線強弱及其傳播方向性的計量學科，其中重要的課題是測量光 強在空間各方向上的分布規(guī)律。當測量對象是發(fā)光光源，如LED燈珠時，測量結果稱之 為--配光曲線（Luminous intensity distribution curve, LIDC)，是光強關于光線出 射角度的函數(shù)。當測量對象是折/反射材料時，測量結果稱之為一一雙向散射分布函數(shù) (Bidirectional scattering distribution function, BSDF)，包括其反身寸部分--雙向反 射分布函數(shù)（BRDF)，和折射部分一一雙向透射分布函數(shù)（BTDF)。這三個函數(shù)均是光強關于 光線入射角度、出射角度的高維函數(shù)。
[0003] 測量配光曲線一般使用積分球，如專利CN201210176379，使用球面漫反射光屏和 轉動機構實現(xiàn)360度空間范圍上的光強測量。由于球面漫反射光屏體積大、制造成本高、轉 動機構安裝復雜，不便于使用和推廣。
[0004] 測量雙向散射分布函數(shù)可以使用積分球測量，也可以使用專門的測量裝置，如 Instrument Systems公司的G0N360光強角度分布測試儀，使用兩個轉動的機械臂分別承 載光源與測光器，機械臂相互轉動逐步測量出各方向的光強數(shù)值。由于單次測量只能提供 單一角度的光強值，需要長時間多次測量才能得到完整的光強分區(qū)函數(shù)，效率較低。測量期 間由于環(huán)境光干擾、光源亮度波動等因素，會造成較大誤差。
[0005] 專利US7130033B2使用拋物面反射鏡將出射光線聚焦后成像，可一次性測量多角 度的出射光強，測量效率高。但由于光線在傳播過程中經歷了多個透鏡和拋物面反射鏡，透 鏡/反射鏡本身的折反射特性疊加到被測材料上，干擾測量結果。且拋物面反射鏡制造成 本較高，測量環(huán)境要求苛刻，不易于推廣使用。
[0006] 針對現(xiàn)有光度測量裝置存在的問題，本發(fā)明提出了一種柱面光度測量裝置，使用 易于制造的柱面漫反射光屏，配合使用魚眼相機，可以用于測量光源的配光曲線，或折反射 材料的雙向散射分布函數(shù)。該光度測量裝置結構簡單易于布置，測量效率高，同時能測量上 半球面的光強分布，與現(xiàn)有測量設備相比具有明顯的優(yōu)勢。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明提出的一種柱面光度測量裝置，可以低成本、高效率地測量光強在空間各 方向上的分布規(guī)律，如光源的配光曲線、測量折\反射材料的雙向散射分布函數(shù)等。
[0008] 本發(fā)明是一種柱面光度測量裝置，其特征在于：包含柱面光屏1、魚眼相機3、載物 臺4以及相機支架2、載物臺支架5,所述的柱面光屏1為橫截面為圓形或弧形的中空柱體， 其長徑比大于1，內壁材料采用質地均勻的白色漫反射材料；所述的載物臺4置于柱面光屏 1軸心線上，柱面光屏1軸線中心一側；所述的魚眼相機3的光心位于柱面光屏1軸心線上， 載物臺4旁；魚眼相機3、載物臺4之間不互相遮擋，通過相機支架2、載物臺底座于柱面光 屏1共同固定在實驗平臺上。
[0009] 本發(fā)明的另一個技術方案是上述魚眼相機3光軸與柱面光屏1軸心重合。
[0010] 本發(fā)明的又一個技術方案是上述魚眼相機3光軸與柱面光屏1軸心垂直。
[0011] 本發(fā)明的另一個技術方案是上述柱面光屏1上有通光孔，用于攝入照射光。
[0012] 本發(fā)明的最后一個技術方案是上述固定魚眼相機3和載物臺4的支架可以沿柱面 光屏1軸線平移或轉動。
[0013] (注：光源的配光曲線定義為：LIDC(，），表示以空間方向（，）為自變量，光源在該 方向上光強的函數(shù)，如圖1所示。雙向散射分布函數(shù)定義為：BSDFC，i，°，°)，表示以入射光 方向C，i)時，折/反射材料在出射光方向（°，°)上的光強函數(shù)，如圖2所示，當出射光為反 射光時，該函數(shù)稱為雙向反射分布函數(shù)：BRDFC, i//)，當出射光時折射光時，該函數(shù)稱為 雙向透射分布函數(shù)：BTDFC，\ \，如圖2所示。）
[0014] (1)構造特點：
[0015] 該裝置主要部分為：柱面光屏1、魚眼相機3、載物臺4,相機和載物臺分別通過相 機支架2,載物臺支架5與柱面光屏1共同固定在實驗平臺上。其中柱面光屏1為橫截面為 圓形或弧形的中空柱體，其長徑比大于1，內壁材料采用質地均勻的白色漫反射材料。柱面 光屏1上可以根據(jù)需要開設通光孔，用于入射光線射入；或繪制坐標網格輔助測量定位。
[0016] 柱面光屏的優(yōu)點是：相對于積分球使用的球形光屏或拋物面反射屏，柱面光屏很 容易使用板材彎曲制造，或利用市場上現(xiàn)有的管材制作，成本低、尺寸和形狀精度高；相對 于球面，柱面光屏很容易貼附紙基、布基等反光材料，易于光屏的維護、替換以及功能擴展。
[0017] 載物臺4安裝于柱面光屏1軸心線中心點上；魚眼相機3光心位于柱面光屏1軸 心線上，靠近載物臺4 一側，魚眼相機3、載物臺4相鄰但不互相遮擋。使用魚眼相機的好處 是：魚眼相機具有覆蓋半個球面的視野，配合柱面光屏1，可以一次性獲得接近半個球面方 向的光強分布，具有極高的采樣效率。
[0018] 當需要測量被測材料正半球面的光強分布時，魚眼相機3軸線垂直于柱面光屏1 軸線，平行于被測材料表面法向，此時魚眼相機3能夠覆蓋正半球面大部分視野；光屏可以 采用弧形截面的半圓柱面。
[0019] 當需要測量被測材料正面及反面全方向光強分布時，魚眼相機3軸線平行于柱面 光屏1軸線，此時魚眼相機3能夠覆蓋被測材料正反各半個球面的視野；光屏采用圓形截面 的中空圓柱。
[0020] 魚眼相機3和載物臺4通過支架與柱面光屏1共同固定在實驗平臺上。支架可以 采用固定支架，也可以采用可調支架，使魚眼相機3或載物臺4能夠沿著柱面光屏1軸線平 移或轉動，以方便實驗微調。
[0021] (2)調試方法：
[0022] 測量前，對光學系統(tǒng)進行調試：
[0023] (a)調整樣本基準點S位置，使其位于柱面光屏1軸線中點上。以S點為基準，建 立世界坐標系S xyz_ (X，y，z)，同時建立樣本球坐標系S p - ( P，，）。
[0024] (b)調整魚眼相機3的光心C的位置，使其位于柱面光屏1軸線上，軸線中點 〇的一側，在世界坐標系中的位置是s xyz- (0, 0, d)。以C點為基準，建立相機球坐標系 C,afi-(r，a，0)。（注：當測量發(fā)光體時，該基準點是發(fā)光中心點，當測量折\反射材料時， 該基準點是入射光線在被測材料上投影點。）
[0025] 上述調整應使相機光心C、樣本基準點S盡量靠近，但互不遮擋。
[0026] (c)給被測光源供電（或使用激光照射折/反射材料），使用魚眼相機3可以拍 攝到柱面光屏1內壁上的光強明暗分布，以拍攝到的相片中心點P基準，建立圖像坐標系 P uv-(U,V)，以圖像圓半徑為單位1，U、V取值范圍-1~1。
[0027] (d)使用標準亮度光源標定魚眼相機3各處圖像灰度的基準值。
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