CN102589687B - 配光曲线仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配光曲线仪，所述配光曲线仪包含第一基座、第二基座、计算机系统装置；第一基座包含L型灯臂、第一夹持臂、第二夹持臂及驱动装置；所述L型灯臂的一端连接于旋转平台并设置于底座上，第一夹持臂、第二夹持臂连接于旋转平台并设置于L型灯臂的另一端，驱动装置耦接于旋转平台；第二基座包含激光定位装置、光谱仪及光源侦测装置；光谱仪设置于激光定位装置的后方，且激光定位装置与光谱仪设置于同一轴线，而光源侦测装置设置于光谱仪及激光定位装置的上方；计算机系统装置耦接于第一旋转平台及第二旋转平台。本发明所提供的配光曲线仪，可减少电源线和信号线的使用，并降低驱动机台所需使用的电量，可有效节省耗费能源。

Description

配光曲线仪

技术领域

本发明涉及一种配光曲线仪，特别涉及一种具有简易结构的旋转灯具式配光曲线仪。

背景技术

各方向的光强分布是光源和灯具的重要参数，配光曲线仪用于精确测量光源和灯具光强随角度分布的仪器，可提供较精确可靠的数据，供设计照明灯具时参考。

配光曲线仪主要度量各个角度方向的一定光源发生的光束，以了解光束被此灯具投射的分布情形，不论灯具的材质或平滑度如何。配光曲线仪对灯具可以量测出一系列角度的烛光强度值。根据这些数值，利用搭配设计的计算机软件及公式，可推导出目前常用的平均照度概算式中的照明率U表，可得到灯具的效率与配光分布情形具，例如灯具的照明率、照度、亮度、距高比、灯具效率和眩光等级。

现有的配光曲线仪有多种类型，采用不同的原理测量空间光分布。一种是旋转反光镜式配光曲线仪100，如图1所示，其具有旋转轴102、旋转轴104和旋转轴106，旋转轴104驱动反光镜108绕中心旋转，灯具116的光反射到探测器112，同时灯臂调整轴102同步逆向旋转，灯架114保持垂直位置。探测器112与旋转主轴106处于同一直在线，依据测试灯具116的类型及功率，调整探测器112与反光镜108的距离。为了消除环境杂光，在探测器112与灯具116之间设置多个圆形光栏118消除环境的反射杂光。此种旋转反光镜式配光曲线仪100的测量光束轴线恒定不变，测量精度高；然而，其所需测量空间较大，对于小型灯具设计者而言，相当不便利；另外，由于气流、运动速度、加速度和离心力的存在，难以维持测量灯具116的光源稳定性。

第二种为运动反光镜式配光曲线仪200，如图2所示，此配光曲线仪的探测器208固定，并位于灯具204的光束轴线上，灯具204做自旋运动，反光镜206绕着测量灯具204运动，并将灯具204所发出的光经反射后反射到探测器208上，灯具204的测量光线入射路径与探测器208的法线将成一定圆锥角度。由于此种配光曲线仪200测量光束绕圆锥变化，因此探测器208与灯具204之间设置多个圆形光栏210消除环境的反射杂光。然而其消杂旋光性能不如上述旋转反光镜式配光曲线仪100，且入射到探测器208上的光束方向在测量过程中变化，探测器208在各方向的灵敏度不一致，将会引入一定的光度测量误差。

第三种为双镜反射式配光曲线仪300，如图3所示，其结构原理为具有反射镜302和反射镜304，分别安装在旋转灯臂306和远程基座312上，探测器308设置于灯臂306相对于反射镜304的一端。测试灯具310的光束由反射镜304反射到远程基座312的反射镜302，再反射到探测器308。此种配光曲线仪不符合国际照明委员会(Commission Internationale De L′E′clairage，CIE)的光度测试标准，具有极大的光度原理性误差，且由于此结构中，反射镜304与探测器308旋转运动，使入射和出射光束方向不断改变，而反射镜304在各个方向的反射比不同，会产生较大的误差及杂散光，影响测量精确度。

第四种为旋转灯具式配光曲线仪400，如图4所示，其探测器402固定在离灯具404一定距离的位置上，灯具装404在可绕水平和垂直两个方向旋转的转台406上，转台406的垂直主轴408固定，而水平轴线410可以移动。此种配光曲线仪可由外部处理器控制，电机趋动垂直主轴408旋转时，探测器402测量灯具404在水平面上各方向的发光强度值，同理反复测量其它平面上的光强分布。由于旋转灯具式配光曲线仪400的结构不需设置反光镜，因此杂散光的影响较小。另可通过探测器402与灯具404之间设置多个圆形光栏412使入射至探测器402的光束更为精确。旋转灯具式配光曲线仪400利用外部计算机控制各轴线的旋转角度，同时计算分析灯具各数值，较上述三种装置具有更高的精确度，且较适合中小型灯具使用。

然而，为了适用于各式大小、重量的灯具，现有的旋转灯具式配光曲线仪体积较为庞大，大型者更重达300千克以上，高16米，宽12米，测量时不但需有较大暗室空间容置配光曲线机本体，制作本体的成本也相对较高，因此需投入的测试成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有简易结构的旋转灯具式配光曲线仪。

为了达到上述目的，本发明提供一种配光曲线仪，所述配光曲线仪包含：

一第一基座，其包含L型灯臂、二夹持臂及驱动装置，其中所述L型灯臂的一端连接于第一旋转平台并设置于底座上，所述二夹持臂连接于第二旋转平台并设置于L型灯臂的另一端，所述驱动装置耦接于第一旋转平台及第二旋转平台；

一第二基座，其包含激光定位装置、光谱仪及光源侦测装置，其中所述光谱仪设置于激光定位装置的后方，光谱仪及激光定位装置设置于光源侦测装置的下方；以及

一计算机系统装置，其耦接于第一旋转平台及第二旋转平台，用以设定及控制第一旋转平台及第二旋转平台的旋转角度，第一旋转平台设有一垂直转动中心线，L型灯臂绕垂直转动中心线旋转，第二旋转平台设有一水平转动中心线，第一夹持臂与第二夹持臂绕水平转动中心线旋转。

作为优选方案，其中所述配光曲线仪还包含一光电流计，光电流计耦接于计算机系统装置、光谱仪及光源侦测装置，用以接收光谱仪及光源侦测装置的测试数据，将光辐射能量转换为电信号，并传送至计算机系统装置。

作为优选方案，其中所述配光曲线仪还包含多个消杂光光栏，其设置于第一基座与第二基座之间。

作为优选方案，其中所述第一夹持臂及第二夹持臂相交且垂直，其相交点通过水平转动中心线。

作为优选方案，其中所述第一夹持臂及第二夹持臂为冂字型，其包含一臂背及二臂脚，臂背具有一滑轨，二臂脚的一端嵌于滑轨中，并以一固定装置固定于臂背上。

作为优选方案，其中所述第一夹持臂及第二夹持臂的二臂脚的内侧包含一防滑垫。

作为优选方案，其中所述第二旋转平台连接于一支架装置并设置于L型灯臂的一端，支架装置具有一孔洞，驱动装置设置于支架装置上，驱动装置的电源线路穿过孔洞连接于外部电源。

作为优选方案，其中所述光源侦测装置、激光定位装置及光谱仪以多个活动调整支架连接于第二基座，其相对位置为能调整形式。

作为优选方案，其中所述激光定位装置与水平转动中心线设置于同一轴心。

作为优选方案，其中所述光源侦测装置为光度探测器，且其相对光谱灵敏度曲线与国际照明委员会规定的人眼视觉函数曲线相拟合。

本发明以二夹持臂夹持被测光源后，利用激光定位器调整第一基座与第二基座间的相对位置，同时调整光源侦测装置的位置与设定。在开始测试时，利用驱动装置驱动第一旋转平台与第二旋转平台绕水平及垂直两方向转动，并利用计算机系统装置控制二者的旋转角度。光源侦测装置测量被测光源水平面上的各方向的光束的光强度值，同时利用光谱仪测量分光。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明所提供的配光曲线仪，采用微电子线路、软件、控制器和计算机等现有技术作为对整个系统的全面自动控制、测量数据显示和记录，且其计算机系统装置适用于各种操作系统包含但不限于目前市面上使用的Windows操作系统、Linux操作系统、Mac OS系统及其它操作系统；

2)本发明所提供的配光曲线仪，用以测试各类光源和灯具在各方向的光强分布或配旋光性能测试，以及测试光源和灯具的总光通量；

3)本发明所提供的配光曲线仪，其体积小、重量轻且本体结构简单，不仅可减少容置空间，更可降低制作成本；

4)本发明所提供的配光曲线仪，透过结构的改良，增加可量测灯具大小，且使用更精细的定位方式，使测量距离不受限制，增加可量测灯具的范围及种类；

5)本发明所提供的配光曲线仪，可适用于测量各种光源，例如LED、HID、卤素灯和荧光灯等各种光谱范围的多种光源及灯具；

6)本发明所提供的配光曲线仪，可减少电源线和信号线的使用，并降低驱动机台所需使用的电量，可有效节省耗费能源。

附图说明

图1为传统旋转反光镜式配光曲线仪装置示意图；

图2为传统运动反光镜式配光曲线仪装置示意图；

图3为传统双镜反射式配光曲线仪装置示意图；

图4为传统旋转灯具式配光曲线仪装置示意图；

图5为本发明配光曲线仪的计算机系统装置的系统示意图；

图6为本发明的配光曲线装置示意图；

图7为本发明第一基座的结构示意图；

图8为本发明第二基座的结构示意图；

图9为本发明第一基座的第一夹持臂的结构示意图；

图10为本发明第一基座的后视局部结构示意图。

【主要元件符号说明】

旋转反光镜式配光曲线仪-100；旋转轴-102、104、106；反光镜-108；探测器-112；灯架-114；灯具-116；圆形光栏-118；

运动反光镜式配光曲线仪-200；灯具-204；反光镜-206；探测器-208；圆形光栏-210；

双镜反射式配光曲线仪-300；反射镜-302；反射镜-304；旋转灯臂-306；探测器-308；测试灯具-310；远程基座-312；

旋转灯具式配光曲线仪-400；探测器-402；灯具-404；转台-406；垂直主轴-408；水平轴线-410；圆形光栏-412；

中央处理器-512；影像撷取装置-514；装置驱动系统模块-516；显示器-518；键盘-520；鼠标-522；应用程序模块-524；麦克风或扬声器-526；只读光盘装置-528；硬盘-530；操作系统-532；系统内存模块-534；只读存储器-536；随机存取存储器-538；

第一基座-602；L型灯臂-6021；第一夹持臂-6022；第二夹持臂-6023；驱动装置-6024；第一旋转平台-6025；底座-6026；第二旋转平台-6027；垂直转动中心线-6028；水平转动中心线-6029；孔洞-6031；第二基座-604；激光定位装置-6041；光谱仪-6042；光源侦测装置-6043；活动调整支架-6044；计算机系统设备-606；光电流计-608；消杂光光栏-612；

臂背-702；臂脚-704；滑轨-706；固定装置-708；固定垫-710；防滑垫-712。

具体实施方式

本发明将以较佳实施例及附图加以描述，此类描述解释本发明的结构及步骤，仅用以说明而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的较佳实施例以外，本发明还可广泛实行于其它实施例中。

请参阅图6，为本发明的配光曲线仪装置示意图，其包含第一基座602、第二基座604、计算机系统设备606。由图可知，所述第一基座602与第二基座604之间具有一定距离，此一距离可依据待测灯具，即被测光源的大小与种类调整。本发明的较佳实施例中，第一基座602与第二基座604的距离可为50厘米至36米。所述计算机系统设备606耦合至第一基座602及第二基座604，用以控制及设定第一基座602的待测灯具旋转角度，以及接收光谱仪和光源侦测装置的数据数据。

请参阅图7，为本发明第一基座602的结构示意图。本发明的一实施例中，第一基座602包含L型灯臂6021、第一夹持臂6022、第二夹持臂6023及驱动装置6024。其中所述L型灯臂6021的一端连接于第一旋转平台6025并设置于底座6026上。所述第一夹持臂6022及第二夹持臂6023连接于第二旋转平台6027并设置于L型灯臂6021的另一端，以及所述驱动装置6024耦接于第一旋转平台6025及第二旋转平台6027。

第一夹持臂6022及第二夹持臂6023用以固定待测灯具。如图所示，第一夹持臂6022及第二夹持臂6023相交且垂直，由于第一夹持臂6022及第二夹持臂6023具有相同结构，以下仅以第一夹持臂6022的结构作说明。

请同时搭配参考图7及图9的第一夹持臂6022的结构示意图。第一夹持臂6022为冂字型，包含一臂背702及二臂脚704。所述臂背702具有一滑轨706，臂脚704的一端嵌于滑轨706中，并以固定装置708固定于臂背702。本发明的实施例中，所述固定装置708可以但不限定为各种连结固定装置，例如使用卡榫、插销和锁附等任何可用以固定连接的方式。本发明的较佳实施例，使用螺丝锁附的方式，作为各元件间的固定装置708。使用者可以任意使用简易工具，例如螺丝起子，即可调整左右二臂脚704间的距离。

本发明的另一实施例中，所述第一夹持臂6022的臂脚704的外侧包含一固定垫710，固定时可利用绳索缠绕待测灯具，并固定于所述固定垫710上，用以加强固定夹持待测灯具。本发明的另一实施例中，所述第一夹持臂6022的臂脚704的内侧包含一防滑垫712，可紧持待测灯具，防止待测灯具滑动。

本发明的所述第一旋转平台6025具有垂直转动中心线6028，L型灯臂6021绕垂直转动中心线6028旋转±180°(或0～360°)，而第二旋转平台6027具有水平转动中心线6029，第一夹持臂6022与第二夹持臂6023的相交点通过水平转动中心线6029，绕其旋转±180°(或0～360°)。所述第一旋转平台6025与第二旋转平台6027利用驱动装置6024驱动旋转，并以计算机系统装置606控制旋转角度，可量测灯具或被测光源在各个空间方向上的光强分布，测量精确且快速。

请同时搭配参考图7及图10的后视局部结构示意图。第一夹持臂6022与第二夹持臂6023连接于第二旋转平台6027，且第二旋转平台6027以支架装置固定于L型灯臂6021的一端。所述支架装置具有一孔洞6031，而驱动装置6024设置于支架装置上，其电源线路(图中未示)穿过孔洞6031连接于外部电源。

传统配光曲线仪本体结构较大，大部分的原因在于其所使用的驱动装置体积较大，灯臂需设计为足以承载驱动装置重量的结构，因而现有的配光曲线仪体积较大且重量较重。本发明所使用的驱动装置6024具有体积小且重量轻等特色，除了可以有效降低配光曲线仪的整体体积及重量外，还可减少所需使用的电源线和信号线及驱动电压，及有效节省能源。

请参阅图8，为本发明的第二基座604的结构示意图。本发明的一实施例中，第二基座604包含激光定位装置6041、光谱仪6042及光源侦测装置6043。所述光谱仪6042设置于激光定位装置6041的后方，且二者设置于同一轴线，而光谱仪6042及激光定位装置6041设置于光源侦测装置6043的下方。

本发明的一实施例中，光源侦测装置6043、激光定位装置6041及光谱仪6042以多个活动调整支架6044连接于第二基座604，其连接位置为可调整。所述活动调整支架6044可以但不限定为各种连结固定装置，例如使用卡榫、插销、锁附等任何可用以固定连接的方式。本发明的较佳实施例，使用螺丝锁附的方式，作为各元件间的活动调整支架6044。使用者可以任意使用简易工具，例如螺丝起子，即可进行光源侦测装置6043、激光定位装置6041及光谱仪6042的位置调整。

请同时搭配参考图6与图8，本实施例中，所述激光定位装置6041用以定位待测灯具中心。激光定位装置6041可以但不限定为红外线定位装置。由于配光曲线仪进行测试时，第一基座602与第二基座604需设置于同一轴线，特别是光谱仪6042与光源侦测装置6043应与待测灯具的中心为同一轴线，即激光定位装置6041、光谱仪6042与水平转动中心线6029设置于同一轴线。为了确保有效定位，本发明的另一实施例中，更可在第一基座602设置一反光镜(图中未示)于第一基座602，用以加强定位效果。进行定位时，使用者可通过反光镜观察及确认激光定位器6041的光束是否完全对准待测灯具中心。

本实施例中，所述光源侦测装置6043用以测试待测灯具的光源强度，将入射光的光能量转换为光强度值。光源侦测装置6043可以但不限定为光度探测器或是能将整个光辐射波段范围内相应波段光辐射能量转换为电信号的光电转换元件，且其相对光谱灵敏度曲线与国际照明委员会规定的人眼视觉函数曲线相拟合。

本实施例中，所述光谱仪6042用以将待测灯具或光源的光束分解为不同波长的光谱线，例如红外线、可见光或紫外线等，再将光辐射能量转换为电信号。光谱仪6042可以但不限定为单色仪、多色仪、红外光光谱仪、紫外光光谱仪、棱镜光谱仪、光栅光谱仪、干涉光谱仪及分光光度计等，或其它色度探测器，或能将整个光辐射波段范围内相应波段光辐射能量转换为电信号的光电转换元件，可依据待测灯具的种类及所得结果进行调整更换。

本发明的另一实施例中，所述配光曲线仪更包含多个消杂光光栏612，设置于第一基座602与第二基座604之间，用以消除杂光。消杂光光栏612的中心开有圆形通光孔，其半径略大于被测入射光束的孔径。

本发明的实施例中，计算机系统装置606耦合于第一基座602的第一旋转平台6025及第二旋转平台6027，用以设定及控制二者的旋转角度。另外，计算机系统装置606耦合于第二基座604的光谱仪6042及光源侦测装置6043，用以侦测及接收二者的数据，并进行试验数据的分析。

特别注意的是，本发明的配光曲线仪采用微电子线路、软件、控制器和计算机等现有技术作为对整个系统的全面自动控制、测量数据显示和记录。本发明运用计算机系统装置606执行本发明的配光曲线仪的驱动程序与软件。如图5所示，本发明所使用的计算机系统606包含中央处理器512(CPU)以及系统内存模块534，包含只读存储器536(ROM)以及随机存取存储器538(RAM)，其耦合到影像撷取装置514。计算机系统利用存于只读存储器536的BIOS运作，BIOS为一组基本(basic routines)以协助于计算机移转信息。本领域的普通技术人员应得以了解本发明还可用于不具BIOS的计算机，如“POWER PC”。一般计算机系统包含硬盘530耦合到中央处理器512，只读光盘装置528耦合到中央处理器512。使用者通过输入装置如键盘520、鼠标522输入指令。显示器518耦合至中央处理器512(CPU)。计算机系统经由网络接口连接到远程计算机或服务器。操作系统532(OS)、应用程序模块524通过计算机可读取媒介输入至计算机系统。操作系统使得应用软件、程序得以处理各种应用。麦克风或扬声器526(喇叭)与中央处理器耦接，影像撷取装置514耦合于中央处理器512，用于撷取影像。装置驱动系统模块516耦合至中央处理器512，用于驱动执行本发明的配光曲线仪的驱动程序与软件。

另外，本发明所述的计算机系统装置606包含各种携带式装置，例如笔记型计算机、简易型计算机、平板计算机、个人掌上计算机及3G手机等，以及各种固定式装置，例如桌上型计算机等；而本发明计算机系统装置606适用各种操作系统包含但不限于目前市面上使用的Windows操作系统、Linux操作系统、Mac OS系统及其它操作系统。

本发明的另一实施例中，配光曲线仪还包含一光电流计608，与第二基座604的光谱仪6042与光源侦测装置6043及计算机系统装置606耦合，用以接收及转换光谱仪6042与光源侦测装置6043的测试数据，并传送至计算机系统装置606。由于并非所有类型的光谱仪6042与光源侦测装置6043都可直接将光辐射能量转换为电信号，因此可将光电流计608连接至光谱仪6042、光源侦测装置6043及计算机系统装置606用以转换测试数据。本发明的光电流计608可以但不限定为各种微电流计。本发明的较佳实施例使用Keithley 6485微电流计，测量范围为2x10⁴皮安(pA)至20毫安(mA)。

特别注意的是，本发明的配光曲线仪可适用于测量各种光源及灯具种类，例如发光二极管(LED)、氙气灯(HID)、卤素灯、荧光灯等各种光谱范围的多种光源及灯具。较佳为直径240厘米以内的灯管，或60x60x30的灯具，而灯具载重较佳为水平载重30千克以内，垂直载重10千克以内。

本发明的一优点为，具有简易结构的旋转灯具式，其体积小、重量轻且本体结构简单，用以测试各类光源和灯具在各方向的光强分布或配旋光性能测试，以及光源和灯具的总光通量测试，可有效减少容置空间，更可降低制作成本。

本发明的另一优点为，通过结构的改进，增加可测量灯具的大小，且使用更精细的定位方式，使测量距离不受限制，增加可测量灯具的范围及种类。

本发明的又一优点为，其可有效减少电源线和信号线的使用，并降低驱动机台所需的驱动电压，可有效节省耗费能源。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例。并非用以限定本发明的专利保护权利范围。本领域的普通技术人员在不脱离本专利精神或范围内所作的更动或修饰，均属于本发明权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种配光曲线仪，其特征在于，所述配光曲线仪包含：

一第一基座，其包含L型灯臂、第一夹持臂、第二夹持臂及驱动装置，其中所述L型灯臂的一端连接于第一旋转平台并设置于底座上，所述第一夹持臂与第二夹持臂相交且垂直，并连接于第二旋转平台并设置于L型灯臂的另一端，所述驱动装置耦接于第一旋转平台及第二旋转平台； 

一第二基座，其包含激光定位装置、光谱仪及光源侦测装置，其中所述激光定位装置与光谱仪设置于同一轴线，且光谱仪设置于激光定位装置的后方，光谱仪及激光定位装置设置于光源侦测装置的下方；以及

一计算机系统装置，其耦接于第一旋转平台及第二旋转平台，用以设定及控制第一旋转平台及第二旋转平台的旋转角度，第一旋转平台设有一垂直转动中心线， L型灯臂绕垂直转动中心线旋转，第二旋转平台设有一水平转动中心线，第一夹持臂与第二夹持臂绕水平转动中心线旋转。

2. 如权利要求1所述的配光曲线仪，其特征在于，所述配光曲线仪还包含一光电流计，光电流计耦接于计算机系统装置、光谱仪及光源侦测装置，用以接收光谱仪及光源侦测装置的测试数据，将光辐射能量转换为电信号，并传送至计算机系统装置。

3. 如权利要求1所述的配光曲线仪，其特征在于，所述配光曲线仪还包含多个消杂光光栏，其设置于第一基座与第二基座之间。

4. 如权利要求1所述的配光曲线仪，其特征在于，所述第一夹持臂及第二夹持臂相交点通过水平转动中心线。

5. 如权利要求4所述的配光曲线仪，其特征在于，所述第一夹持臂及第二夹持臂为冂字型，其包含一臂背及二臂脚，臂背具有一滑轨，二臂脚的一端嵌于滑轨中，并以一固定装置固定于臂背上。

6. 如权利要求5所述的配光曲线仪，其特征在于，所述第一夹持臂及第二夹持臂的二臂脚的内侧包含一防滑垫。

7. 如权利要求1所述的配光曲线仪，其特征在于，所述第二旋转平台连接于一支架装置并设置于L型灯臂的一端，支架装置具有一孔洞，驱动装置设置于支架装置上，驱动装置的电源线路穿过孔洞连接于外部电源。

8. 如权利要求1项所述的配光曲线仪，其特征在于，所述光源侦测装置、激光定位装置及光谱仪以多个活动调整支架连接于第二基座，其相对位置为能调整形式。

9. 如权利要求1所述的配光曲线仪，其特征在于，所述激光定位装置与水平转动中心线设置于同一轴心。

10. 如权利要求1所述的配光曲线仪，其特征在于，所述光源侦测装置为光度探测器，且其相对光谱灵敏度曲线与国际照明委员会规定的人眼视觉函数曲线相拟合。