CN101852648A - 光源光通量测量仪器及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光源光通量测量仪器及测量方法，其中光源光通量测量仪器包括用于测量被测光源光通量的积分球，积分球内设置有挡板，积分球壁上设置有带有光电探测器的光电探头窗口，挡板设置在被测光源与光电探头窗口之间，用于挡去从被测光源直接入射到光电探头窗口的照度，积分球内还设置有至少一个自吸收强度与被测光源相等的辅助光源。本发明通过采用具有不点亮的辅助光源和不带有辅助光源的积分球分别测得光源光通量，计算得到单个光源自吸收的光通量，从而校正了光源自吸收效应，提高了光源光通量测量的精确度。

Description

光源光通量测量仪器及测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量仪器及测量方法，尤其涉及一种光源光通量测量仪器及测量方法。

背景技术

图1是现有技术光源光通量测量仪器的结构示意图。光源光通量测量仪器包括积分球1、光电探测器(图未示)和挡板4，积分球1是一个中空的完整球壳，其内壁涂白色漫反射层，且积分球1内壁各点漫射均匀。被测光源2放置在积分球1内，积分球1内壁某一处开一光电探头窗口3，用于安放光电探测器，光电探测器用于探测光电探头窗口3处的照度值。挡板4放置在被测光源2与光电探头窗口3之间，用于挡去从被测光源2直接入射到光电探头窗口3的照度E₁。

光源光通量测量方法为：

被测光源2发出的光线经过在积分球1内壁的多次漫反射后，光电探头窗口3处的照度值与被测光源2光通量之间存在以下关系：

$E_v=E_1+\frac{{\mathrm{\φ}}_v}{4{\mathrm{\πr}}^2}-\frac{{\mathrm{\ρ}}_r}{1-{\mathrm{\ρ}}_r}$ 式(1)，

式(1)中，E1为被测光源2在光电探头窗口3处产生的光照度，r为积分球1的球半径，ρ_r为积分球1内壁的漫反射率，φ_v为被测光源2光通量。

用挡板4挡去了从被测光源2直接入射到光电探头窗口3的照度E1，则光电探头窗口3产生的照度值为：

$E_v=\frac{{\mathrm{\φ}}_v}{4{\mathrm{\πr}}^2}-\frac{{\mathrm{\ρ}}_r}{1-{\mathrm{\ρ}}_r}$ 式(2)，

此时，光电探头窗口3处的照度值正比于被测光源2的总光通量，只要测得E_v，便可由式(2)得到被测光源2的光通量φ_v。

式(1)和式(2)为理想条件下推导得出，理想条件之一是积分球的球体内无任何遮挡物(包括光源灯本身)，因为任一个物体均不可能是完全的反射体，积分球内的任何物体包括被测光源本身，都不可避免地要吸收一部分被测光源发射的光，从而影响测量值的精确度。现有技术光源光通量的测量仪器及测量方法，积分球内设置有被测光源2，被测光源2会吸收一部分自身发出的光，这样所得到的被测光源2的光通量φ_v存在一定的误差，光源光通量测量仪器及测量方法精确度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术光源光通量测量仪器及测量方法精确度较低的问题，提供一种能校正光源自吸收效应、精确度较高的光源光通量测量仪器及测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种光源光通量测量仪器，包括用于测量被测光源光通量的积分球，所述积分球内设置有挡板，所述积分球壁上设置有带有光电探测器的光电探头窗口，所述挡板设置在所述被测光源与所述光电探头窗口之间，用于挡去从所述被测光源直接入射到所述光电探头窗口的照度，其中，所述积分球内还设置有至少一个自吸收强度与所述被测光源相等的辅助光源。

本发明所述的光源光通量测量仪器，其中，所述积分球壁上设置有多个所述辅助光源，多个所述辅助光源以所述被测光源为中心呈中心对称设置。

本发明所述的光源光通量测量仪器，其中，所述辅助光源设置在靠近所述被测光源的位置。

本发明所述的光源光通量测量仪器，其中，所述辅助光源悬空设置在所述积分球内。

本发明所述的光源光通量测量仪器，其中，所述辅助光源固定在所述积分球内用于悬挂挡板的固定杆上。

本发明所述的光源光通量测量仪器，其中，所述积分球内壁上设置有至少一个孔位，所述孔位内设置固定有所述辅助光源的辅助光源固定座。

本发明所述的光源光通量测量仪器，其中，所述辅助光源固定座可拆卸的设置在相应的孔位内，所述测量仪器还包括用于在所述辅助光源固定座从所述孔位内拆除后填补所述孔位的积分球壁碎块；

所述积分球壁碎块所对应球面的内径与所述积分球相同，所述积分球壁碎块朝向所述积分球内一侧的表面材料与所述的积分球内壁相同，所述积分球壁碎块的大小与相应孔位所对应的球面大小相适配。

本发明还提供了一种光源光通量测量仪器，其中，包括两个积分球，所述积分球内设置有挡板，所述积分球壁上设置有带有光电探测器的光电探头窗口，所述挡板设置在所述被测光源与所述光电探头窗口之间，用于挡去从所述被测光源直接入射到所述光电探头窗口的照度，其中一个积分球内还设置有至少一个自吸收强度与所述被测光源相等的辅助光源。

本发明还提供了一种基于前述的光源光通量测量仪器的光源光通量测量方法，其中，包括以下步骤：

A、采用不带辅助光源的积分球测得被测光源放入积分球中后的第一光通量Φ；

B、采用设有i个辅助光源的积分球，其中辅助光源不点亮，测得被测光源放入积分球中后的第二光通量Φi，其中所述i为正整数；

C、根据公式：ΔΦi＝(Φ-Φi)/i计算得到单个辅助光源吸收掉的光通量ΔΦi；

D、得到矫正后的被测光源光通量Φ`为：Φ`＝Φ+ΔΦi。

本发明所述的测量方法，其中，所述步骤B包括：

B1、取不同的i值，测得多个不同的Φi；

所述步骤C包括：

C1、根据所述步骤B1中所得到的多个不同Φi，计算得到多个ΔΦi；

所述步骤D包括：

D1、对所述步骤C1中得到的多个ΔΦi取平均，得到矫正后的被测光源光通量Φ`。

本发明通过采用具有不点亮的辅助光源和不带有辅助光源的积分球分别测得被测光源的光通量，计算得到单个光源自吸收的光通量，从而校正了光源自吸收效应，提高了光源光通量测量的精确度。

附图说明

下面将结合附图及实施方式对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术光源光通量测量仪器的结构示意图；

图2是本发明光源光通量测量仪器第一实施方式的结构示意图；

图3是本发明光源光通量测量仪器第二实施方式的结构示意图；

图4是本发明光源光通量测量仪器第三实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图示，对本发明的优选实施方式作详细介绍。

本发明第一种实施方式的光源光通量测量仪器如图2所示，其包括用于测量被测光源20光通量的积分球10，积分球10内设置有挡板40、被测光源固定座21，被测光源20固定在被测光源固定座21上，并设置在积分球10内，在积分球10内壁开一光电探头窗口30，用于安放光电探测器，光电探测器用于探测光电探头窗口30处的照度值。挡板40设置在被测光源20与光电探头窗口30之间，用于挡去从被测光源20直接入射到光电探头窗口30的照度。在积分球10内还设置有至少一个自吸收强度与被测光源20相等的辅助光源50，其中辅助光源50可选用与被测光源20同型号的光源。

测量时，积分球10内的辅助光源50不点亮，只点亮被测光源20，由于辅助光源50的自吸收强度与被测光源20相等，因此可以通过分别测量在有无辅助光源50的情况下的光源光通量来得到被测光源20自吸收的光通量，从而可以校正被测光源20自吸收效应，提高被测光源20光通量测量的精确度。

在图3所示的第二实施方式的光源光通量测量仪器中，除包括图2中所示的积分球10、设置在积分球10内的被测光源20、被测光源固定座(图未示)、挡板(图未示)和光电探头窗口(图未示)外，为进一步提高光源光通量测量的精确度，在积分球10内还设置有多个辅助光源50，因此能进行多次测试，以提高光通量测量结果的精确度。

进一步地，如图3所示，多个辅助光源50优选以被测光源20为中心呈中心对称设置，这样不仅使得测量仪器整体结构更加美观，对称设置的辅助光源50各自的光通量吸收量可更加接近，因而使得光源光通量测量结果会更加准确。

更优选地，在第二实施方式中，用于设置辅助光源50优选设置在靠近被测光源20的位置，这样辅助光源50的光通量吸收量会更加接近被测光源20自身吸收量，同样可使得被测光源20光通量测量结果更加准确。

以上实施方式中的辅助光源50可采取多种方式固定在积分球10内，优选方式如图2所示，在积分球10内壁上设置孔位52，在孔位52内设置有固定辅助光源50的辅助光源固定座51。将辅助光源50固定在积分球10内壁上，这样不需要在积分球10内部增加多的物体，减少物体的自吸收，提高光源光通量测量的精确度。

在以上实施方式的基础上，请参阅图2，辅助光源固定座51可拆卸的设置在相应的孔位52内，测量仪器还包括用于在辅助光源固定座51从孔位52内拆除后填补孔位的积分球壁碎块(图未示)。积分球壁碎块所对应球面的内径与积分球10相同，积分球壁碎块朝向积分球10内一侧的表面材料与积分球10内壁相同，同样采用漫反射材料制成，积分球壁碎块的大小与相应孔位52所对应的球面大小相适配。在需要使用辅助光源50时，可以将积分球10打开，将辅助光源50固定在辅助光源固定座51上，在不需要辅助光源50时，可以将其取下来，并采用与积分球10内壁相同的积分球壁碎块将孔位52填补完整，保证积分球10测量的精确度。

而且当以上测量仪器上的辅助光源50无法拆卸，可以采用两个积分球10来分别测量，一个积分球10内部具有辅助光源50，另一个积分球10内部不具有辅助光源50；可以拆卸时，则可以使用同一积分球来完成测量，测量结果会更精确。

在另一实施方式中，采用将辅助光源50悬空设置在积分球10内，具体悬空的方式在此不作限制。采用这种方式可使得照射到辅助光源50上的光更加充足，辅助光源50的光通量吸收量会更加接近被测光源20自身吸收量，同样可使得光源光通量测量结果更加准确。

如图4所示，在第三实施方式中，光源光通量测量仪器在积分球10内设置被测光源20、被测光源固定座21、用于安放光电探测器的光电探头窗30、挡板40、用于悬挂挡板40的固定杆41和辅助光源50，辅助光源50固定在固定杆41上。由于每个积分球10内都会有挡板40，其设置在光电探头窗30与被测光源20之间，用于挡住从被测光源20直射入光电探头窗30的光线，且挡板40是通过固定杆41悬空的设在积分球10内，因此直接利用其固定杆41来固定辅助光源50，可以避免引入新的物体，进一步提高光通量测量结果的精确度。

本发明的另一实施方式中，还提供了一种基于前面实施方式中所述的光源光通量测量仪器的光源光通量测量方法，其包括以下步骤：

采用不带辅助光源的积分球，测得被测光源的第一光通量Φ；

采用设有i个辅助光源的积分球，其中辅助光源不点亮，测得被测光源的第二光通量Φi；

根据公式(3)计算得到单个辅助光源吸收掉的光通量ΔΦi；

ΔΦi＝(Φ-Φi)/i                         式(3)，

根据公式(4)得到矫正后的被测光源光通量Φ`为：

Φ`＝Φ+ΔΦi                             式(4)。

其中以上步骤中i为正整数，一般情况下，取1、2、3、4等有限个数即可达到校正光源自吸收效应，提高光源光通量测量的精确度的目的。

可采用以上任意的数目i测量一次得到结果，也可取不同的i值，测得多个不同的Φi；根据所得到的多个不同Φi，计算得到多个ΔΦi；再对步骤C1中得到的多个ΔΦi取平均，得到矫正后的Φ`。

具体地，当使用以上实施方式中的光源光通量测量仪器测量被测光源光通量时，可按照以上方法，在积分球内壁插入i个同型号的辅助光源但不点亮(其中i为大于等于1的整数)，分两步进行：

首先，如有空缺的孔位，则在所有空缺的孔位上填补相同内径和涂料的积分球壁碎块，点亮被测光源，得到被测光源的第一光通量值Φ，此值涉及单个光源的自吸收效应；

接着，在空缺的孔位上插放i个辅助光源但都不点亮，只点亮被测光源，得到被测光源的第二光通量值Φi，此值涉及i+1个光源的自吸收效应。

由于同型号的每个光源在测量过程中由于自吸收效应而吸收的光通量值可视为相等，由此，单个光源因自吸收效应而吸收掉的光通量值ΔΦ可表示为式(3)，因此，校正后的被测光源光通量值表示为式(4)。

或者使用以上实施方式中的光源光通量测量仪器进行N次测量取平均值其中N为大于1的整数)，每次插入i个同型号的辅助光源但不点亮，测量N+1次，分别测得被测光源的光通量Φ1、Φ2、……，ΦN。由于光源的自吸收效应，显然有Φ＞Φ1＞Φ2＞……＞ΦN。

由式(3)得N个由单个光源自吸收效应而吸收掉的光通量值ΔΦi：

ΔΦ1＝Φ-Φ1，

ΔΦ2＝(Φ-Φ2)/2，

ΔΦN＝(Φ-ΦN)/N，

对以上N个值作平均处理，得平均单个光源吸收的光通量：

ΔΦ＝(ΔΦ1+ΔΦ2+……+ΔΦN)/N           式(5)，

把式(5)代入式(4)，可得到校正后的被测光源的光通量。

本发明通过采用具有不点亮的辅助光源和不带有辅助光源的积分球分别测得被测光源的光通量，计算得到单个光源自吸收的光通量，从而校正了光源自吸收效应，提高了光源光通量测量的精确度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光源光通量测量仪器，包括用于测量被测光源(20)光通量的积分球(10)，所述积分球(10)内设置有挡板(40)，所述积分球(10)壁上设置有带有光电探测器的光电探头窗口(30)，所述挡板(40)设置在所述被测光源(20)与所述光电探头窗口(30)之间，用于挡去从所述被测光源(20)直接入射到所述光电探头窗口(30)的照度，其特征在于，所述积分球(10)内还设置有至少一个自吸收强度与所述被测光源(20)相等的辅助光源(50)。

2.根据权利要求1所述的光源光通量测量仪器，其特征在于，所述积分球(10)壁上设置有多个所述辅助光源(50)，多个所述辅助光源(50)以所述被测光源(20)为中心呈中心对称设置。

3.根据权利要求1所述的光源光通量测量仪器，其特征在于，所述辅助光源(50)设置在靠近所述被测光源(20)的位置。

4.根据权利要求1所述的光源光通量测量仪器，其特征在于，所述辅助光源(50)悬空设置在所述积分球(10)内。

5.根据权利要求1所述的光源光通量测量仪器，其特征在于，所述辅助光源(50)固定在所述积分球(10)内用于悬挂挡板(40)的固定杆(41)上。

6.根据权利要求1所述的光源光通量测量仪器，其特征在于，所述积分球(10)内壁上设置有至少一个孔位(52)，所述孔位(52)内设置有固定所述辅助光源(50)的辅助光源固定座(51)。

7.根据权利要求6所述的光源光通量测量仪器，其特征在于，所述辅助光源固定座(51)可拆卸的设置在相应的孔位(52)内，所述测量仪器还包括用于在所述辅助光源固定座(51)从所述孔位(52)内拆除后填补所述孔位(52)的积分球壁碎块；

所述积分球壁碎块所对应球面的内径与所述积分球(10)相同，所述积分球壁碎块朝向所述积分球(10)内一侧的表面材料与所述的积分球(10)内壁相同，所述积分球壁碎块的大小与相应孔位(52)所对应的球面大小相适配。

8.一种光源光通量测量仪器，其特征在于，包括两个积分球(10)，所述积分球(10)内设置有挡板(40)，所述积分球(10)壁上设置有带有光电探测器的光电探头窗口(30)，所述挡板(40)设置在所述被测光源(20)与所述光电探头窗口(30)之间，用于挡去从所述被测光源(20)直接入射到所述光电探头窗口(30)的照度，其中一个积分球(10)内设置有至少一个自吸收强度与所述被测光源(20)相等的辅助光源(50)。

9.一种基于权利要求1或8所述的光源光通量测量仪器的光源光通量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采用不带辅助光源的积分球，测得被测光源的第一光通量Φ；

B、采用设有i个辅助光源的积分球，其中辅助光源不点亮，测得被测光源的第二光通量Φi，其中所述i为正整数；

C、根据公式：ΔΦi＝(Φ-Φi)/i计算得到单个辅助光源吸收掉的光通量ΔΦi；

D、得到矫正后的被测光源光通量Φ`为：Φ`＝Φ+ΔΦi。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B1、取不同的i值，测得多个不同的Φi；

所述步骤C包括：

C1、根据所述步骤B1中所得到的多个不同Φi，计算得到多个ΔΦi；

所述步骤D包括：

D1、对所述步骤C1中得到的多个ΔΦi取平均，得到矫正后的被测光源光通量Φ`。

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