CN101655411B - 一种分布光度计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布光度计，包括第一基座和第二基座，被测光源与第一基座相连，第一基座上的旋转反射镜绕主轴线旋转，并将被测光源的光反射到第二基座上的反射镜或探测器上，在第一基座和第二基座之间设置具有通光孔的可旋转光阑，可旋转光阑由光阑架上的支撑机构支撑，并且可旋转光阑的支撑机构和传动机构位于光阑径向方向上通光孔的外侧，使可旋转光阑绕主轴线与旋转反射镜同步旋转。通过设置可旋转光阑大大减少进入信号光路的杂散光，同时可旋转光阑与其旋转传动机构采用不同轴的连接方式，避免了旋转传动机构和支撑机构可能带来的档光，又能使可旋转光阑与被测光源相距一定距离，进一步减少了由可旋转光阑本身的反射带来的杂散光。

Description

一种分布光度计

【技术领域】

本发明涉及一种光和辐射的测量仪器，主要用于各种尺寸的室内灯、道路灯、投光灯、汽车灯等各类光源和灯具在各个方向上光强分布或配光性能测量，以及光源和灯具的光通量测量。

【背景技术】

分布光度计一般用照度测量和照度距离平方反比定律来实现光源或灯具的光强分布测量，为满足平方反比定律，探测器与被测光源间的光路距离必须足够长，同时，要实现精确测量，又必须保持被测光源稳定工作。被测光源处于转动中心的转镜式分布光度计利用光学反射镜将被测光源的测量光束反射到探测器上，能较好的实现上述测量条件，被国际照明委员会(CIE)推荐广泛应用于各种光源和灯具的光强分布测量。

然而，尽管转镜式分布光度计已经在工业和实验室应用了近半个世纪，最近的研究也取得了很大的进展，但在杂散光控制方面转镜式分布光度计却存在问题。杂散光是光学系统中所有非正常传输光的总称，它主要是由系统中的光学零件，灰尘等散射，以及反射镜，探测器，像平面等接收器表面和物平面，光学零件表面之间的多次反射造成，会对测量精度产生很大的影响。现有转镜式分布光度计系统中，消杂散光的措施包括：把仪器本身表面和实验室的墙壁、地板和天花板涂黑，在光学反射镜与探测器之间设置光阑或其它挡光装置，在探测器前设置消光筒等，这些消杂光措施的目的在于使探测器的位置上仅能“看到”光学反射镜中被测光源的像。然而，在分布光度计系统的实验室中，虽然地面等周围环境已被涂黑，但这些周围环境以及基座和基座上的光学元件之间还是具有一定的反射性，还会通过反射形成较多的杂散光进入探测器，影响了测量精度。

在测量光路中适当地使用光阑是有效减少的一种办法，但是在灯具位于中心的转镜式分布光度计中，由于测量光束围绕主轴旋转，绕圆锥变化，因此现有灯具位于中心的转镜式分布光度计系统中，一般设置通光孔为圆环形的光阑来减少环境反射而引起的杂散光，但由于圆环的面积比实际测量光束边光的面积要大得多，因此这种圆环形光阑消杂散光效果有限。

若光阑通光孔为孔径略大于测量光束边光的圆孔，则消杂光效果将大大提高，但这就要求光阑与旋转发射镜同步同轴转动，因此有人直接将光阑与旋转反射镜所在的转臂相连，使整个光阑与旋转反射镜同步旋转，但在这种方案中，光阑虽然减少了一部分环境反射杂散光，但由于光阑与被测灯具的距离过近，从被测光源或旋转反射镜投射到光阑表面的光较强，光阑表面也很容易把非测量部分的光束反射到测量光路中，形成杂散光。然而如果要在距被测光源稍远处设置同步旋转的光阑，而常用的光阑与其旋转传动的同轴设计很容易造成挡光，带来测量误差。

【发明内容】

为了克服现有转镜式分布光度计方案中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种分布光度计，能在不遮挡测量光路的前提下，大大减少由环境反射带来杂散光，有效提高测量精度。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的，即：一种分布光度计，包括第一基座、第二基座和水平主轴线，被测光源位于主轴线上，通过灯臂与第一基座相连，第一基座上设置有与主轴线同轴的第一转轴，第一转轴一端刚性连接转臂，转臂的一端安装有旋转反射镜，旋转反射镜在转臂的带动下绕主轴线旋转；第二基座上设置接收来自旋转反射镜反射光束的反射镜或探测器；其特征在于在第一基座和第二基座之间设置可旋转光阑，可旋转光阑可绕主轴线与转臂同步旋转，可旋转光阑上具有至少一个通光孔并由可旋转光阑由光阑架支撑，光阑架上具有可旋转光阑的支撑机构，在可旋转光阑的径向方向上，支撑机构和使可旋转光阑旋转的传动机构到主轴线的距离大于通光孔的外侧到主轴线的最大距离。

在本发明中，可旋转光阑与旋转反射镜同步转动，始终保证测量光束从可旋转光阑的通光孔中穿出，而其它非测量部分的光线都较难通过该光阑进入测量光路，且可旋转光阑距离被测光源较远的距离能使光阑本身反射引起的杂散光很小。本发明中支撑机构和传动机构位于在通光孔的外侧，可旋转光阑与其传动机构采用不同轴的连接方式，能够避免支撑机构或旋转机构在旋转过程中的部分方向上遮挡测量光束的现象。

本发明可以通过以下的技术特征作进一步限定和完善：

上述的可旋转光阑上固定设置有从动轮环，从动轮环的圆心位于主轴线上，从动轮环的内半径大于通光孔的外侧到主轴线的最大距离。从动轮环可以是与可旋转光阑刚性相连的机械机构，也可以是可旋转光阑上固有的机构，与可旋转光阑是一体的。从动轮环的设计可以将可旋转光阑可看作是一个大的从动轮。

上述的支撑机构是固定于光阑架上与从动轮环相接触的导轨或导轨轮；所述的传动机构是与电机或电机经减速后的输出轴相连的主动轮，主动轮带动从动轮环工作。主动轮和导轨或导轨轮与可旋转光阑的从动轮环相作用，设置在光阑架上的导轨或导轨轮能够保证可旋转光阑在主动轮的传动下平稳地绕主轴线的旋转，并且传动动机构可以设置在远离测量光束的地方。

可旋转光阑的从动轮环上具有滚柱，所述主动轮和导轨轮是链轮。或者所述可旋转光阑的从动轮环上具有齿形或外齿圈，所述主动轮和导轨轮是与所述齿形或外齿圈相适应的齿轮。或者所述可旋转光阑的从动轮环上外套有皮带，所述的主动轮为皮带轮，主动轮通过皮带带动从动轮环转动，所述的支撑机构是摩擦轮。上述结构都是为了使主动轮对可旋转光阑的从动轮环产生作用力。主动轮通过啮合或摩擦力带动可旋转光阑旋转，而导轨轮通过啮合或摩擦使可旋转光阑的旋转是与主轴线同轴的，并使得可旋转光阑在光阑架中更加稳定，因此导轨轮的数量越多越有利于可旋转光阑平稳地绕主轴线旋转。

上述可旋转光阑上的通光孔孔径大小可调，对于不同尺寸的被测光源选择合适的通光孔孔径，通光孔孔径以略大于被测光源的测量光束的边光为准，对于发光口面较大的被测光源采用较大的通光孔孔径，反之亦然。

上述可旋转光阑的光阑架可以是一个面积较大的墙体，能将第一基座所在的暗室空间和第二基座所在的暗室空间隔开。由于在光度测量中，被测光源所在的环境温度十分重要，特别是一些发光对温度特别敏感的光源，因此在测光暗室中一般采用严格的恒温手段来保持环境温度稳定在设定值，使用光阑架将第一基座即被测光源所在空间隔开，能够大幅降低室内恒温设备的恒温空间范围，十分有利于提高实验室的温控精度，降低温控成本。

上述的分布光度计中，在可旋转光阑上或光阑之间的光路上设置一个吸光腔，吸光腔的开口面对被测光源，吸光腔用来吸收被测光源直接射向第二基座上的光学元件的光线，因此吸光腔设置在被测光源到第二基座上的光学元件的光路中，能够随可旋转光阑一起同步与转臂旋转。

在上述的分布光度计中，在第二基座上设置接收并反射来自旋转反射镜的光束的固定反射镜，固定反射镜与主轴线垂直，且主轴线通过固定反射镜的中心；同时在转臂上，旋转反射镜的另一端设置接收来自垂直反射镜的光束的第一探测器，第一探测器的受光面正对固定反射镜，在该方案中的可旋转光阑上具有两个通光孔，从被测光源发出的光被旋转反射镜反射经过可旋转光阑上的第一通光孔，到达固定反射镜，被固定反射镜反射的光束通过可旋转光阑上的第二通光孔后正入射到第一探测器中。

在上述的分布光度计中，也可在第二基座上设置第二转轴，第二转轴可绕主轴线与第一转轴同步转动，第二转轴上连接第三探测器。第三探测器正对旋转反射镜，第三探测器可位于主轴线上，第三探测器的光轴线与主轴线成一定夹角相交；第三探测器也可以通过一个悬臂连接到第二转轴上，第三探测器的光轴线与主轴线平行；上述可旋转光阑上具有一个通光孔，从被测光源发出的光被旋转反射镜反射后通过通光孔入射到同步旋转的第三探测器上。

在上述的分布光度计中，在第二基座上也可以同时设置上述的固定光学反射镜和第三光学探测器，并且第二基座上设置有能将垂直光学反射镜移离测量光路，并将第三光学探测器切入测量光路或将垂直光学反射镜切入测量光路，并将第三光学探测器移离测量光路的切换机构。此时，所述可旋转光阑上具有两个通光孔，第一通光孔位于从旋转反射镜到固定反射镜之间的光路上，第二通光孔位于从固定反射镜到第一探测器之间的光路上。

在上述的分布光度计中，在第二基座上设置第二转轴，第二转轴可绕主轴线与第一转轴同步转动，第二转轴上连接同步反射镜，第一探测器位于第一基座和第二基座，由独立于第一基座和第二基座的机械机构支撑。第一探测器面向同步反射镜，第一探测器的光轴与主轴线重合，并在测量中保持静止，上述的可旋转光阑位于第一探测器和第二基座之间，可旋转光阑上具有两个通光孔，从被测光源发出的光被旋转反射镜反射，通过可旋转光阑上的第一通光孔后入射到同步反射镜，同步反射镜再次反射测量光束，使测量光束经过可旋转光阑上的第二通光孔后正入射到第一探测器上。

在上述的分布光度计中，还可在第二基座上设置同步于第一转轴的第二转轴，第二转轴上连接一面或一面以上同步反射镜，第一探测器与转臂或第二转轴相连，可旋转光阑上具有一个通光孔(第一探测器与第二转轴相连)或者两个通光孔(第一探测器安装在转臂上)，通光孔位于第一基座到第二基座之间的光路上。或者，在第二转轴上连接有一面或一面以上同步反射镜，同时在第一基座的转臂上也可安装一面或一面以上同步反射镜，第一探测器与转臂或第二转轴相连，所述可旋转光阑上的通光孔位于第一基座到第二基座之间的光路上。

上述的分布光度计采用微电子线路、软件、控制器和电脑等现有技术实现对整个系统的全面自动控制、测量信息显示和记录。

根据以上所述，本发明的有益效果是：在转镜式分布光度计中，通过在第一基座和第二基座之间设置可旋转光阑减少由环境反射带来杂散光，可旋转光阑由光阑架支撑，可旋转光阑的支撑机构和传动机构设置在径向方向上通光孔的外侧，使可旋转光阑与旋转反射镜同步同轴转动，同时避免了旋转传动机构可能带来的档光；可旋转光阑可设在距被测光源较远的位置，避免由可旋转光阑本身带来的杂散光。

【附图说明】

附图1为本发明的分布光度计的可旋转光阑的一个实施例示意图；

附图2为本发明的分布光度计的可旋转光阑的另一个实施例示意图；

附图3为本发明的一个实施例的示意图；

附图4为本发明的另一个实施例的示意图；

附图5为本发明的第三个实施例的示意图；

附图6为本发明的第四个实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图的实施例对本发明作进一步具体说明：

如图3，图4，图5和图6所示的本发明的示意图，包括第一基座1、第二基座2和水平主轴线3，第一基座1上设置有与主轴线3同轴的第一转轴9，第一转轴9一端连接转臂10，转臂10的一端安装有旋转反射镜7，被测光源6通过灯臂5与第一基座1相连，在第二基座2上设置接收来自旋转反射镜7反射光束的第三探测器24或/和反射镜。在第一基座1和第二基座2之间设置可旋转光阑12，可旋转光阑12上具有使测量光束通过的通光孔13。可旋转光阑由光阑架11支撑，且主轴线3通过可旋转光阑12的旋转中心，可旋转光阑12可在传动机构的带动下绕主轴线3与旋转反射镜7同步转动。

如图1所示为可旋转光阑12及其支撑机构17和传动机构15的一个实施例。在该实施例中可旋转光阑12安装在光阑架11内，可旋转光阑12的外形为圆形，在可旋转光阑12的圆周外侧设有从动轮环18，从动轮环18上设有滚柱16，可旋转光阑12、从动轮环18和滚柱16是一个整体。同时在光阑架11上设置有若干导轨轮17，导轨轮17为与滚柱16相啮合的链轮17。在光阑架的下部设置有电机或带减速机的电机14，电机14的输出轴上安装有一个主动轮15，主动轮15也是与滚柱16相啮合的链轮17。在电机14的传动下，主动轮15带动滚柱16，通过与导轨轮17的啮合，使可旋转光阑12绕主轴线3旋转，并且使可旋转光阑12的转动与旋转反射镜7同步。可旋转光阑上具有两个通光孔，第一通光孔13-1和第二通光孔13-2，和一个吸光腔31，通光孔的孔径可调。

如图2所示为可旋转光阑12及其支撑机构17和传动机构15的另一个实施例。在该实施例中可旋转光阑12安装在光阑架11内，在可旋转光阑12上设有两个通光孔，第一通光孔13-1和第二通光孔13-2，在可旋转光阑12的径向方向上，通光孔13的外侧设有一个从动轮环18，从动轮环18与可旋转光阑固定连接。从动轮环18上设有滚柱16，同时在光阑架11上设置有若干导轨轮17，导轨轮17为链轮17，每个导轨轮又通过其支架19与从动轮环18上的滚柱16相啮合。在光阑架的下部设置有电机或带减速机的电机14，电机14的输出轴上安装有一个主动轮15，主动轮15也是与从动轮环18上的滚柱16相啮合的链轮17。在电机14的传动下，主动轮15带动滚柱16，通过与导轨轮17的啮合，使可旋转光阑12绕主轴线3旋转，并且使可旋转光阑12的转动与旋转反射镜7同步。

本发明的实施例1

如图3所示的实施例1中，第二基座2上设有固定反射镜8，固定反射镜8与主轴线3垂直，且主轴线3通过固定反射镜的中心；同时在转臂10上、旋转反射镜7的另一端，设置有接收来自垂直反射镜的光束的第一探测器21，第一探测器21的受光面正对固定反射镜8。固定反射镜8接收来自旋转反射镜7的光束并将光束反射到第一探测器21上，第一基座和第二基座之间设置可旋转光阑12。可旋转光阑12上具有两个通光孔13，第一通光孔13-1位于旋转反射镜7到固定反射镜8之间的光路上，第二通光孔13-2位于从固定反射镜8到第一探测器21之间的光路上，通光孔13的孔径可调，根据被测光源6的大小，使得通光孔13的孔径略大于所在位置处的测量光束的边光尺寸，两个通光孔仅使测量方向的光束通过通光孔来减小杂散光。同时在可旋转光阑12上还设置有吸光腔31，吸光腔31位于主轴线上，且面对被测光源6。

在转臂10上、在旋转反射镜的另一端设置有第二探测器20，第二探测器20面对被测光源，将旋转反射镜7和固定反射镜8用黑色绒布遮住，使第二探测器20工作，第二探测器20直接接收来自被测光源6的光束，实现近场距离条件下的测量。

本实施例的分布光度计，在利用第一探测器测量时，转臂10绕被测光源6旋转，可旋转光阑12与转臂10同步旋转，被测光源6的光被旋转反射镜7反射，经过可旋转光阑12上的第一通光孔13-1到达固定反射镜8，固定反射镜8反射的光束通过可旋转光阑12上的第二通光孔13-2后正入射到第一探测器21中。

实施例2

如图4所示的实施例2中，在第二基座2上设置第二转轴22，第二转轴22可绕主轴线3与第一转轴9同步转动，第二转轴22上连接第三探测器24。第三探测器24位于主轴线3上，第三探测器24的光轴线与主轴线3成一定夹角相交，以正对旋转反射镜，第一基座1和第二基座2之间设置可旋转光阑12，可旋转光阑12上仅有一个通光孔13，从被测光源发出的光被旋转反射镜反射后通过通光孔入射到同步旋转的第三探测器上。同时在可旋转光阑12上还设置有吸光腔31，吸光腔31位于主轴线上，且面对被测光源6。

在转臂10上、在旋转反射镜7的另一端设置有第二探测器20，第二探测器20面对被测光源，将旋转反射镜7用黑色绒布遮住，使第二探测器20工作，第二探测器20直接接收来自被测光源6的光束，实现近场距离条件下的测量。

实施例3

如图5所示的实施例3中，第二基座2上同时设置固定反射镜8和第三探测器24，以及二者的切换机构，固定反射镜8和第三探测器24背对设置，通过旋转装置将固定反射镜8移离测量光路，并将第三光学探测器24切入测量光路或者将固定反射镜8切入测量光路，并将第三光学探测器24移离测量光路的切换机构25。本实施例中的固定反射镜8所实现的功能与实施例1相同，第三探测器24所实现的功能与实施例2相同。在第一基座1和第二基座2之间设置可旋转光阑12具有两个通光孔13，同时在可旋转光阑12上还设置有吸光腔31，吸光腔31位于主轴线上，且面对被测光源6。

在转臂10上、在旋转反射镜的另一端设置有第二探测器20，第二探测器20面对被测光源，将旋转反射镜7和固定反射镜8用黑色绒布遮住，使第二探测器20工作，第二探测器20直接接收来自被测光源6的光束，实现近场距离条件下的测量。

实施例4

如图6所示的实施例4中，在第二基座上设置第二转轴22，第二转轴22可绕主轴线3与第一转轴9同步转动，第二转轴22上连接同步反射镜27，第一探测器21面向同步反射镜27，第一探测器21的光轴与主轴线3重合，并在测量中保持静止，上述的可旋转光阑12位于第一探测器21和第二基座2之间，可旋转光阑12上具有两个通光孔13，可旋转光阑12的传动方式与实施例1中相同。在第一探测器的后面设置有吸光罩31，吸光罩31的中心位于主轴线3上，且吸光罩31面对被测光源6。从被测光源6发出的光被旋转反射镜7反射，通过可旋转光阑12上的第一通光孔13-1后入射到同步反射镜27，同步反射镜27再次反射测量光束，被同步反射镜27反射的测量光束经过第二通光孔13-2后正入射到第一探测器21上。

在转臂10上、在旋转反射镜的另一端设置有第二探测器20，第二探测器20面对被测光源，将旋转反射镜7和同步反射镜27用黑色绒布遮住，使第二探测器20工作，第二探测器20直接接收来自被测光源6的光束，实现近场距离条件下的测量。

Claims (8)

1.一种分布光度计，包括第一基座(1)、第二基座(2)和水平主轴线(3)，被测光源(6)通过灯臂(5)与第一基座(1)相连，第一基座(1)上设置有与主轴线(3)同轴的第一转轴(9)，第一转轴(9)一端连接转臂(10)，转臂(10)的一端安装有旋转反射镜(7)，第二基座(2)上设置接收来自第一基座上的旋转反射镜(7)反射光束的反射镜和/或探测器，其特征在于在第一基座(1)和第二基座(2)之间设置绕主轴线(3)并同步于转臂(10)旋转的可旋转光阑(12)，可旋转光阑上设有一个以上通光孔(13)；可旋转光阑(12)由光阑架(11)上的支撑机构支撑，支撑机构和使可旋转光阑(12)旋转的传动机构到主轴线(6)的距离大于通光孔(13)的外侧到主轴线(6)的最大距离；所述的可旋转光阑(12)上固定设置有从动轮环(18)，从动轮环(18)的圆心位于主轴线(3)上，从动轮环(18)的内半径大于通光孔(13)的外侧到主轴线(3)的最大距离；所述的支撑机构是与从动轮环(18)相接触的导轨或导轨轮(17)；所述的传动机构是与电机或电机经减速后的输出轴相连的带动从动轮环(18)转动的主动轮(15)。

2.根据权利要求1所述的分布光度计，其特征在于所述可旋转光阑(12)的从动轮环(18)上具有滚柱(16)，所述主动轮(15)和导轨轮(17)是与滚柱相配合的链轮；或者所述可旋转光阑的从动轮环(18)上具有齿形，所述主动轮(15)和导轨轮(17)是与可旋转光阑(12)上的齿形相配合的齿轮。

3.根据权利要求1所述的分布光度计，其特征在于所述的可旋转光阑(12)的从动轮环(18)上外套有皮带，所述的主动轮(15)为皮带轮，主动轮(15)通过皮带带动从动轮环(18)转动，所述的支撑机构是摩擦轮。

4.根据权利要求1或2或3所述的分布光度计，其特征在于所述可旋转光阑(12)上的通光孔(13)是大小可调的通光孔(13)。

5.根据权利要求1或2或3所述的分布光度计，其特征在于在可旋转光阑(12)上设置一个吸光腔(31)，吸光腔(31)的开口面对被测光源(6)。

6.根据权利要求1或2所述的分布光度计，其特征在于第二基座(2)上设置接收并反射来自旋转反射镜(7)光束的固定反射镜(8)，固定反射镜(8)与主轴线(3)垂直，且主轴线(3)通过固定反射镜(8)的中心；在转臂(10)上、位于旋转反射镜(7)的另一端设置接收来自固定反射镜(8)光束的第一探测器(21)，第一探测器(21)的受光面正对固定反射镜(8)，在所述可旋转光阑上具有两个通光孔(13)，第一通光孔(13-1)位于从旋转反射镜到固定反射镜之间的光路上，第二通光孔(13-2)位于从固定反射镜到第一探测器之间的光路上。

7.根据权利要求1或2所述的分布光度计，其特征在于在第二基座(1)上设置有与第一转轴(9)同步且在同一轴线上的第二转轴(22)，第二转轴上设置接收来自旋转反射镜的光束的第三探测器(24)或者一面以上的同步反射镜(27)；在转臂(10)上设置接收来自第二基座(2)上的同步反射镜光束的其它同步反射镜和/或第一探测器(21)。

8.根据权利要求5所述的分布光度计，其特征在于所述第二基座(2)上同时设置固定反射镜(8)和面对旋转反射镜(7)设置的第三探测器(24)，并且设置能将固定反射镜(8)移离测量光路，并将第三探测器(24)切入测量光路或将固定反射镜(8)切入测量光路，并将第三探测器(24)移离测量光路的切换机构(25)，在所述可旋转光阑(12)上具有两个通光孔(13)。

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