CN101799324A - 一种亮度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亮度计，包括机壳，被测量光束从镜头进入机壳内，在机壳内设有小孔反射镜和光电探测器，在光电探测器前设置V(λ)和V’(λ)修正滤色片，光电探测器分别测量出被测目标的明视觉亮度值和暗视觉亮度值，并通过计算得出中间视觉亮度值。本发明的亮度计一台亮度计可方便测量明视觉、中间视觉和暗视觉三种视觉亮度值，操作简便，易实现高精度测量。

Description

一种亮度计

【技术领域】

本发明涉及一种光辐射测量装置，尤其涉及一种实现明视觉、中间视觉和暗视觉下的亮度测量装置。

【背景技术】

当光刺激的亮度超过10cd/m²时，由人眼锥体细胞获得视觉，称为明视觉，国际照明委员会(CIE)规定的明视觉光视效率函数V(λ)是目前光度学计算、测量和照明设计的基础和依据，V(λ)的最大值在555nm，此处的光视效率为683lm/W。光刺激的亮度在0.01cd/m²以下，即在暗适应情况下主要由杆体细胞获得视觉，称为暗视觉，CIE也于1951年规定了暗视觉光视效率函数V’(λ)，V’(λ)的最大值在507nm，最大光视效率为1700lm/W暗视觉光视效率函数曲线相对于明视觉光视效率函数曲线向短波方向移动。当照明亮度在明视觉和暗视觉之间时，即亮度在0.01cd/m²～10cd/m²之间时，比如夜间道路照明和隧道照明等，属于中间视觉状态，在这种状态下人眼的锥体细胞和杆体细胞同时活动并相互作用。中间视觉的光视效率函数V_m(λ)不是一个固定的函数，它与具体的光刺激亮度相关。在夜间照明等中间视觉条件下，人眼光视效率函数相对于明视觉光视效率函数发生偏移，如仅使用明视觉光度学标准，则会在光度测量计算以及照明设计中产生不恰当的甚至是错误的结果。亮度是中间视觉理论中比较关注的量值，也是照明现场照明检测中的重要指标，但目前为止，还没有使用方便测量精准的中间测量亮度计。

【发明内容】

为了克服现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种方便测量明视觉、暗视觉和中间视觉的亮度计。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种亮度计，包括机壳，在机壳上设置镜头，被测目标的被测量光束从镜头进入机壳内，其特征在于在机壳内设有小孔反射镜、第一光电探测器和第二光电探测器，所述小孔反射镜是指中间带小孔的反射镜，小孔反射镜接收来自镜头的光束，穿过小孔反射镜的小孔的光束被第一光电探测器和被第二光电探测器接收；第一光电探测器前设置有V(λ)修正滤色片，把第一光电探测器对入射光响应的光谱灵敏度匹配到国际照明委员会(CIE)规定的明视觉光视效率函数V(λ)，其中考虑了镜头等光路所经过光学元件的光谱选择性；第二光电探测器前设置有V’(λ)修正滤色片，该滤色片将第二光电探测器对入射光响应的光谱灵敏度匹配到CIE规定的暗视觉光视效率函数V’(λ)，其中也考虑了镜头等光路所经过光学元件对光谱的选择性。

小孔反射镜起视场光阑的作用，它仅使被测目标上一个小区域的光束穿过小孔，该区域可称为瞄准点。除瞄准点以外的被测目标的光束被小孔反射镜反射，可进入目视系统或者被二维阵列探测器接收，用来对准和监视瞄准点的位置：在目视系统或者被二维阵列探测器中监视到的被测目标的图像中具有一个黑点区域，该区域及对应瞄准点区域。

从镜头经小孔反射镜到第一光电探测器的光路构成了明视觉亮度计的测量光路，能够测量瞄准点的明视觉亮度；而同样地从镜头经小孔反射镜到第二光电探测器的光路为暗视觉亮度计的测量光路，该光路测量瞄准点的暗视觉亮度，第一光电探测器和第二光电探测器所测量的被测目标区域完全相同或这具有相同的测量区域。根据X模型、MOVE模型等中间视觉理论，在得到环境背景亮度，被测点的明视觉亮度值和暗视觉亮度值后，就能够该点的中间视觉亮度值。本发明的亮度计能利用测得的明视觉亮度和暗视觉亮度值和已储存在电子储存器中的数据，通过软件判断，自动给出恰当视觉下的亮度值。本发明的亮度计可同时测量明视觉亮度、中间视觉亮度和暗视觉亮度，操作简便，成本较低，并且不存在不同视觉下测量时因对准目标不一致带来的误差，较容易实现较高精度测量。

根据光路的设置不同，本发明的亮度计可以通用下述技术方案实现。

在上述被小孔反射镜反射的光路中设置目视系统或第三探测器或者是目视系统和第三探测器的组合。当亮度计中仅设置第三探测器时，第三探测器是一个二维多通道探测器，它可以对瞄准点的位置及其周围环境进行实时测量并电子记录，在二维多通道的第三探测器前设置滤色片，使第三探测器中的每一个像元对入射光的响应与V(λ)函数相匹配，第三探测器还能测量瞄准点周围各点的环境亮度，它的测量值经过处理后可作为背景亮度。当亮度计中既有第三探测器又有目视系统时，第三探测器可以是二维多通道探测器也可以是一个单通道的探测器，并且在第三探测器前设置V(λ)匹配滤色片，使得第三探测器能够测量瞄准点周围环境的亮度值，作为背景亮度的输入量。

在上述小孔反射镜后穿过小孔的光路中设置光束分离器，穿过小孔反射镜的光束被所述的光束分离器分成两束，分别被第一光电探测器和第二光电探测器接收，在本技术方案中，镜头把瞄准点成像到第一光电探测器和第二光电探测器所在位置，第一光电探测器和第二光电探测器位于镜头成像的共轭面上。

在小孔反射镜和所述光束分离器之间的光路上可设置光学透镜，或者在光束分离器与两个光电探测器之间的光路上各设置一个光学透镜。在镜头将被测目标成像到小孔反射镜上，穿过小孔反射镜小孔的光束经一步通过光学透镜成像到光束分离器后的第一光电探测器和第二光电探测器上。

或者在小孔反射镜后透过小孔的光路中并排设置光学透镜，透过所述的光学透镜的光束分别被第一光电探测器和第二光电探测器接收。在本技术方案中，可以采用两片并排设置的光学透镜，每片光学透镜的光路后各设置一个光电探测器，每篇探测器都把来自瞄准点的一部分光束成像到其后的光电探测器上，实现瞄准点的明视觉、暗视觉以及中间视觉的测量。

上述的光束分离器是由两块棱镜组成且在两块棱镜相粘接的面上镀半透半反膜的棱镜，或者所述的光束分离器是镀半透半反膜的平面镜，或者所述的光束分离器是分叉光纤。

上述的小孔反射镜中间的小孔是圆孔或者方孔或者多边形孔或者复杂图形孔。

上述机壳中设置有微处理器和数据存储单元，所述的第一光电探测器和第二光电探测器与微处理器电连接。同时在机壳上设置图像显示单元，图像显示单元与微处理器电连接。图像显示单元能够显示两个光电探测器的直接测量值以及计算得到的中间视觉亮度值。包括图像在内的测量结果可以在数据存储单元中记录保存。

综上所述，本发明的有益效果是：通过在亮度计的光电探测器前设置V(λ)和V’(λ)修正滤色片，能够方便准确地测量被测点的明视觉亮度和暗视觉亮度，并可根据中间视觉模型方便计算出中间视觉亮度，测量操作简便，成本较低，且不存在对准误差，测量复现性较高。

【附图说明】

附图1是本发明的实施例1示意图；

附图2是本发明的实施例2示意图；

附图3是本发明的实施例3示意图；

附图4是本发明的实施例4示意图。

【具体实施方式】

实施例1：

如图1为本发明的实施例1示意图。本实施例的多视场亮度计包括机壳1，在机壳1上设置镜头2，被测目标20的被测量光束从镜头2进入机壳1内，镜头2把被测光源的光成像到小孔反射镜3的位置，所述小孔反射镜3为中心带小孔的反射镜，来自镜头2的一部分光束穿过小孔到达光束分离器8，另一部分被反射到目视系统9中。

如图1所示，目视系统9中包括改变光束光路的反射镜9-1和目镜9-2，人眼9-3在观察窗口观察被测目标，在观察区域中存在一个黑点，是由于在小孔视场光阑上瞄准点20-1的光束穿过小孔没有发生反射造成的，因此，黑点位置即为两个光电探测器所测量的位置，用户可以根据这一现象准确对准瞄准点20-1。

所述瞄准点20-1的光束被光束分离器8分成两束，光束分离器8是一个由两块棱镜组成且在两块棱镜相粘接的面上镀半透半反膜的棱镜，从光束分离器8出射的两束光分别入射到单通道的第一光电探测器4和第二光电探测器5。第一光电探测器4前具有V(λ)修正滤色片6，将第一光电探测器4对瞄准点的响应光谱灵敏度匹配到CIE规定的V(λ)函数，即第一光电探测器4测量瞄准点的明视觉亮度；而在第二光电探测器5前也具有V’(λ)修正滤色片7，将第二光电探测器5对入射光的响应光谱灵敏度匹配到CIE规定的V’(λ)函数，即第二光电探测器5测量瞄准点的暗视觉亮度。

机壳1内部具有微处理器14，第一光电探测器4和第二光电探测器5都与微处理器14电连接，微处理器根据两个光电探测器4，5的测量结果，计算瞄准点的S/P比值，结合瞄准点或其它代表背景亮度的点的明视觉亮度，查询预设在微处理器中的中间视觉对照表，求得瞄准点的中间视觉亮度，这些量值都存储在数据存储单元16中，并且通过机壳1上的显示单元15显示出来。

本实施例的亮度计操作很简单，首先测量并记录背景亮度(若瞄准点的亮度可以作为背景亮度，则该步骤可省略)，人眼9-3对准被测目标，调节镜头焦距，并调整亮度计的位置，使视野中显示清晰的被测目标中20所需瞄准点20-1为黑点，通过机壳1上的显示单元15读出瞄准点的明视觉亮度、中间视觉亮度和暗视觉亮度。

实施例2：

如图2所示的本发明的实施例2示意图。本实施例与实施例1所述的亮度计结构和功能基本相同，不同之处在于，在本实施例中，在小孔反射镜3和光束分离器3之间的光路上设置一个光学透镜9，光学透镜把来自小孔反射镜3的小孔的光再次成像到第一光电探测器4和第二光电探测器5的位置，使二者同时接收和测量来自瞄准点的光束。

实施例3：

如图3所示的本发明的实施例3示意图。本实施例与实施例1所述的亮度计结构和功能基本相同，不同之处在于，在本实施例中没有设置目视系统，被小孔反射镜反射的光束经过一个成像光学透镜12后聚焦到第三探测器11上，第三探测器11是一个二维CCD，并且在第三探测器11前设置有一个滤色片13，用以将第三探测器11对入射光的响应的光谱灵敏度与V(λ)函数相匹配，也即，第三探测器测量除瞄准点20-1之外的被测目标20各点的亮度，第三探测器11与微处理器14电连接。同时在亮度计的光束分离器8与第一光电探测器4和第二光电探测器5之间都个设置有一个光学透镜10-1，10-2，它们分别将瞄准20-1的光成像到第一光电探测器4和第二光电探测器5上。在利用该亮度计实际测量时，显示屏首先显示第三探测器11的测量结果，通过调节焦距和调节亮度计的位置，对被测目标20和瞄准20-1点，并测量除瞄准点之外的其它各点的明视觉亮度值，同时微处理器计算出被测目标在指定区域的平均亮度值，将第三探测器11的测量结果和平均亮度值传送到数据存储单元16中加以存储，第一光电探测器4和第二光电探测器分别测量瞄准点20-1的明视觉亮度和暗视觉亮度，微处理器将上述的平均亮度值作为背景亮度，计算出瞄准点20-1的中间视觉亮度值。

实施例4：

如图4所示的本发明的实施例4示意图，本实施例与实施例1所述的亮度计结构和功能大体相同，不同之处在于穿过小孔反射镜3之后的光路。在小孔反射镜3的小孔后的光路上，上下并排设置两个光学透镜10-1，10-2，它们分别将一部分来自小孔的光束成像到各自光路后的第一光电探测器4和第二光电探测器5上，分别测量明视觉亮度和暗视觉亮度，并通过计算查表得到恰当视觉条件下的中间亮度值。

Claims (7)

1.一种亮度计，包括机壳(1)，在机壳(1)上设置镜头(2)，被测目标(20)的被测量光束从镜头(2)进入机壳(1)内，其特征在于在机壳(1)内设有小孔反射镜(3)、第一光电探测器(4)和第二光电探测器(5)，小孔反射镜(3)接收来自镜头(2)的光束，穿过小孔反射镜(3)的小孔的光束被第一光电探测器(4)和被第二光电探测器(5)接收；所述的第一光电探测器(4)前设置有将第一光电探测器(4)对入射光响应的光谱灵敏度与明视觉光视效率函数V(λ)相匹配的V(λ)修正滤色片(6)；所述的第二光电探测器(2)前设置有将第二光电探测器(2)对入射光响应的光谱灵敏度与暗视觉光视效率函数V’(λ)相匹配的V’(λ)修正滤色片(7)。

2.根据权利要求1所述的亮度计，其特征在于机壳(1)内或机壳(1)上设有目视系统(9)，被小孔反射镜(3)反射的光束进入目视系统(9)。

3.根据权利要求1或2所述的亮度计，其特征在于在被小孔反射镜(3)反射的光路中设置第三光电探测器(11)。

4.根据权利要求1或2或3所述的亮度计，其特征在于在小孔反射镜(3)后穿过小孔的光路中设置光束分离器(8)，穿过小孔反射镜(3)的光束被所述的光束分离器(8)分成两束，分别被第一光电探测器(4)和第二光电探测器(5)接收。

5.根据权利要求4所述的亮度计，其特征在于在穿过小孔反射镜(3)的小孔后的光路中，在光束分离器(8)前面或后面的光路上设置光学透镜(10)。

6.根据权利要求1或2或3所述的亮度计，其特征在于在小孔反射镜(3)后穿过小孔的光路中设置光学透镜(10)，透过所述的光学透镜(10)的光束分别被第一光电探测器(4)和第二光电探测器(5)接收。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的亮度计，其特征在于在所述的机壳(1)内设有微处理器(14)、数据存储单元(16)和显示单元(15)。

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