CN201748974U - 一种距离误差自动校正亮度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种距离误差自动校正亮度计，包括机壳、镜头、光电探测器和电子测量控制单元，利用设置在所述亮度计镜头上的对焦器和相应的像距测量器或像距调节器，通过电子测量控制单元计算出像距和距离校正系数，用距离校正系数校正亮度计因测量距离发生变化而引起的测量误差，该校正考虑到了距离变化时镜片反射率或透射率变化和渐晕影响带来的系数变化，能够方便、精确地得到被测光源的亮度值。

Description

一种距离误差自动校正亮度计

【技术领域】

本实用新型涉及一种光辐射测量装置，尤其是一种具有距离误差自动校正功能的亮度测量装置。

【背景技术】

亮度计一般具有成像镜头，通过非接触法测量亮度，根据其测量工作原理，利用几何光学和光度学知识可以导出亮度计探测器表面的照度和光源亮度之间有以下关系：

$E=\frac{\mathrm{s\τ}}{4f^2}{(1-\frac{f}{1})}^{2}L$

其中，E是光学系统成象面上的照度，即亮度计探测器表面的照度，L是光源发光面的亮度，s是透镜的有效平面面积，τ是光学系统的透射比(透射率)，f是透镜焦距，l是透镜与发光面的距离(称为测量距离)。瞄点式亮度计在镜头和探测器之间设有小孔视场光阑，上述照度E仅为通过小孔视场光阑的光束在探测器表面的照度，而亮度L仅为对应的小区域范围内光源的平均亮度。使用上述亮度计测量亮度是基于光源亮度和探测器表面照度成正比实现的，由公式可知，其响应值与距离之间存在着

的函数关系，即便是一个恒定的标准亮度，一旦距离变化，光源亮度和探测器表面照度便不成严格的正比关系，亮度测量则会产生误差。

专利号为86108696的专利《远距光辐射测量用的望远镜》公开了一种技术方案：采用一个不随成像透镜移动的固定光阑，固定在物镜座上，以保证不同距离下传输到成像面上的通光立体角为一恒定值，上述技术方案可以在一定程度上消除距离误差。但是，由于测量距离的变化还会引起光线在透镜上的透射率和反射率的变化、成像质量的变化等多种其他与测量距离相关的误差因素，上述方法无法更好地解决亮度测量仍存在距离误差的这一难题，而且固定光阑设置在透镜和探测器之间，易发生对被测距离敏感的渐晕现象，从而带来测量误差。

【实用新型内容】

根据上述现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种距离误差自动校正的亮度计，利用亮度计的电子测量控制单元获得像距，并根据像距自动计算出距离校正系数，对测量得到的亮度值加以修正，从而减小因距离变化带来的测量误差。

本实用新型所述的一种距离误差自动校正亮度计，包括镜头、一个或一个以上光电探测器和电子测量控制单元等，在镜头和至少一个光电探测器之间具有小孔视场光阑，所述的镜头包括可调节像距的对焦器，其特征在于，在对焦器上设置像距测量器或像距调节器，所述的像距测量器或像距调节器与电子测量控制单元电连接，电子测量控制单元计算出像距，并根据像距的大小对测量结果进行自动校正。

距离校正系数可通过计算或事先校准得到。亮度计在可测的最近距离到无穷远处的一系列不同距离下测量同一均匀亮度源。在不存在距离误差时，各距离下的测量结果应该是相同的。利用这一原理，可以得到亮度测量误差和距离之间的关系。将亮度计在其定标距离下的测量值与不同距离下测量同一均匀光源的量值相比，得到一系列距离下的距离校正系数，通过差值方法得到连续的距离校正系数。用距离校正系数来校正测量距离发生变化后的测量值，从而能够避免或减小由于测量距离变动而引起的测量误差，使亮度计方便地得到精确的测量结果。

本技术方案能够考虑到距离变化时镜片反射率或透射率变化带来的系数变化和渐晕影响，通过在实验室建立亮度测量误差和距离关系的修正模型，进行软件修正，能达到比较高的测量精度。

作为优选，对焦器为通过旋转来改变像距的对焦器，也称为对焦环。或者，对焦器为通过前后伸缩平移改变像距的推拉器。

本实用新型所述的距离误差自动校正亮度计的对焦可以是手动对焦，或者是自动对焦。

作为一种技术方案，所述的对焦器是手动对焦器，对焦器上设置像距测量器，所述的电子测量控制单元根据像距测量器的测量信号计算像距。用户通过观察被测目标的像，调节对焦器使成像清晰，同时像距测量器测量像距变化，电子测量控制单元根据像距测量器的测量值计算像距并计算距离校正系数C，用来校正光电探测器的测量值，从而得到较为精确的亮度值。

上述的像距测量器是与对焦器联动的滑动变阻器。

作为另一种技术方案，所述的对焦器是自动对焦器。上述的像距调节器是电机，在电子测量控制单元的控制下驱动对焦器移动，直到成像清晰，同时电子测量控制单元计算出当前的像距。自动对焦的方法与现有相机的自动调焦方法相似，一般通过两种方法实现：一种是主动方式，即在亮度计上设置红外线、超声波或激光发射器和相应的接收器，通过接收被测目标反射信号，计算出测量物距，进而计算出像距，电子测量控制单元控制像距调节器工作。另一种是被动方式，即直接接收分析来自景物自身的反光，利用相位差原理进行自动对焦的方式。

作为一种技术方案，所述的光电探测器为单通道光电探测器，光电探测器前设置有小孔视场光阑，光电探测器前还设置有修正光电探测器光谱响应的滤色片或滤色片色轮。一般情况下，在单通道光电探测器前设置的滤色片使光电探测器的光谱响应与人眼光视效率函数V(λ)相匹配，光电探测器前方设置滤色片色轮时，一般色轮上的滤色片分别使滤色片对入射光束的响应与颜色三刺激值函数相匹配。该技术方案能测量穿过小孔视场光阑的光源的亮度(和色度)。

作为一种技术方案，所述的光电探测器为多通道光电探测器，并且每个通道前设置有修正各自通道光谱响应的滤色片，一般情况下这些滤色片使各个通道的光谱响应分别与颜色三刺激值函数相匹配。本技术方案中能测量穿过小孔视场光阑的光源的亮度和色度。

作为一种技术方案，光电探测器前具有色散元件，所述的光电探测器为测量光谱功率的多通道阵列型光电探测器。本技术方案中的亮度计测量穿过小孔视场光阑的光源的光谱辐亮度和色度。

作为一种技术方案，所述的光电探测器为单通道光电探测器和多通道光电探测器的组合，或者两个多通道光电探测器的组合，在镜头后的光路上设置分光器，来自镜头的光束经过分光器分别进入所述的光电探测器。

综上所述，本实用新型通过电子测量控制单元测量计算出像距和校正系数，从而实现对亮度计的测量结果进行距离校正，本实用新型考虑到了镜片反射率或透射率变化带来的系数变化和渐晕影响，能够方便精确地得到被测光源亮度值。

【附图说明】

附图1为实施例1一种距离误差自动校正亮度计的结构示意图；

附图2为实施例2一种距离误差自动校正亮度计的结构示意图；

附图3为实施例3一种距离误差自动校正亮度计的结构示意图。

1-机壳，2-镜头，3-透镜，4-对焦器，5-像距测量器，6-小孔视场光阑，7-光电探测器，7-1第一光电探测器，7-2第二光电探测器，8-滤色片，8-1第一滤色片色轮，8-2第二滤色片，9-电子测量控制单元，10-目测通道，12-被测目标，12-1被测目标瞄准点，13-色散元件，14-反射镜，15-像距调节器，16-红外发射接收器，上位计算机17

【具体实施方式】

实施例1：

如图1所示，一种距离误差自动校正亮度计，包括机壳1，镜头2，透镜3，对焦器4，像距测量器5，小孔视场光阑6，光电探测器7，滤色片8，电子测量控制单元9以及目测通道10。其中，对焦器4和像距测量器5设置在镜头2上，本实施例中所述的对焦器4为可旋转的对焦环4，像距测量器5为滑动变阻器，对焦环4和滑动变阻器相连。光电探测器7为单通道光电探测器，被测目标12的被测目标瞄准点12-1的光束从镜头2进入机壳1内，被测目标瞄准点12-1成像在小孔视场光阑6的位置，所述小孔视场光阑6为中心带小孔的反射镜，来自镜头2的光束分成两部分，一部分穿过小孔视场光阑6到达单通道的光电探测器7，另一部分被反射到目测通道10。人眼在目测通道10观察被测目标12，在观察区域中存在一个黑点，是由于在小孔视场光阑6上被测目标瞄准点12-1的光束穿过小孔没有发生反射造成的。因此，黑点位置即为单通道的光电探测器7所测量的位置，用户可以根据这一现象准确地对准被测目标瞄准点12-1。光电探测器7前设有修正光电探测器光谱响应的滤色片色轮8，其上的滤色片使光电探测器7的光谱响应分别与颜色三刺激值函数相匹配。本实施例中的亮度计仅能测量穿过小孔视场光阑6的光源区域的亮度及色度。

本实施例所述的一种距离误差自动校正亮度计，其工作步骤如下：

a)在一定测量距离下定标，记录对焦器4所在位置；

b)所述亮度计的镜头2对准另一距离下的被测目标12，通过目测系统10，选择需要测量的被测目标瞄准点12-1；

c)转动对焦环4，使被测目标12在小孔视场光阑6处清晰成像，并将调节后像距测量器5的电信号发送给电子测量控制单元9；

d)电子测量控制单元9根据调节前后像距测量器5的电信号以及计算出距离校正系数，并自动校正亮度计的测量值。

实施例2：

如图2所示，一种距离误差自动校正亮度计，包括机壳1，镜头2，透镜3，对焦器4，像距测量器5，小孔视场光阑6，第一光电探测器7-1，第二光电探测器7-2，滤色片8，电子测量控制单元9，色散元件13和反射镜14。其中，对焦器4和像距测量器5设置在镜头2上，本实施例中所述的对焦器4为可旋转的对焦环，像距测量器5为滑动变阻器，对焦环和滑动变阻器相连。被测目标12的被测目标瞄准点12-1的光束从镜头2进入机壳1内，被测目标12成像在小孔视场光阑6的位置，所述小孔视场光阑6为中心带小孔的反射镜，来自镜头2的光束分成两部分，一部分穿过小孔视场光阑6到达第一光电探测器7-1，另一部分被反射到第二光电探测器7-2。

本实施例中的第一光电探测器7-1设置在一个光谱仪中，光谱仪由反射镜14，色散元件13和第一光电探测器7-1组成，本实施例中的色散元件13是凹面光栅，第一光电探测器7-1是阵列型多通道光电探测器。穿过小孔视场光阑6的被测目标瞄准点12-1的光束经过入射狭缝进入光谱仪，由反射镜14改变光路入射到色散元件13上，经过色散元件13分光并将色散光反射到第一光电探测器7-1上，第一光电探测器7-1与电子测量控制单元9电连接，从而得到被测目标瞄准点12-1的光谱和亮度信息。本实施例中的第二光电探测器7-2为一个二维阵列型光电探测器，第二光电探测器7-2前设有修正光电探测器光谱响应的滤色片8，使其光谱响应与V(λ)函数相匹配，从而实现测量被测目标12各点亮度的功能。而且第二光电探测器7-2还能起到瞄准被测目标瞄准点12-1的作用，在第二光电探测器7-2所测图像中的黑点即为第一光电探测器7-1所测量的区域。本实施例中的电子测量控制单元9与上位计算机17相连接。

本实施例所述的一种距离误差自动校正亮度计，其工作步骤如下：

a)在一定测量距离下定标，记录对焦器4所在位置；

b)所述亮度计的镜头2对准另一距离下的被测目标12，通过上位计算机17中显示的第二光电探测器7-2测量的图像，选择需要测量的被测目标瞄准点12-1；

c)转动对焦器4，使被测目标12在小孔视场光阑6处清晰成像，即第二光电探测器7-2测量图像清晰，并将调节后像距测量器5的电信号发送给电子测量控制单元9；

d)电子测量控制单元9根据调节前后滑动变阻器的电信号以及计算出距离校正系数，并自动校正第一光电探测器7-1和第二光电探测器7-2亮度计的测量值。

本实施例所述的一种距离误差自动校正亮度计既可以测量被测目标12平面内各点的亮度，又能够测量瞄准点12-1的光谱和亮度。

实施例3：

如图3所示，一种距离误差自动校正亮度计，包括机壳1，镜头2，透镜3，对焦器4，像距调节器15，小孔视场光阑6，第一光电探测器7-1，第一滤色片色轮8-1，第二光电探测器7-2，第二滤色片8-2，电子测量控制单元9以及显示屏11。其中，对焦器4和像距调节器15设置在镜头2上。在机壳1上设置有红外发射接收器16，红外发射接收器16与电子测量控制单元9电连接，能够发射红外线，并且接收经被测物返回的红外线，从而测量出物距，电子测量控制单元9根据物距计算出像距，控制像距调节器15调节对焦器4的位置。其中像距调节器15是与对焦器4相联的步进电机。小孔视场光阑6为中心带小孔的反射镜，来自镜头2的光束分成两部分，一部分穿过小孔视场光阑6到第一光电探测器7-1，另一部分被反射到第二光电探测器7-2。第一光电探测器7-1是单通道探测器，其前设有修正第一光电探测器7-1光谱响应的第一滤色片8-1，使其光谱响应分别与颜色三刺激值函数相匹配。第二光电探测器7-2为二维阵列型光电探测器，第二光电探测器7-2前设有修正第二光电探测器7-2光谱响应的第二滤色片8-2，使其光谱响应与V(λ)函数相匹配。本实施例中所述的亮度计实现测量被测光源平面内各点的亮度，同时精确测量其内瞄准点的亮度和色度。

本实施例所述的一种具有自动距离校正功能的图像式亮度计，其工作步骤如下：

a)在一定测量距离下定标，记录对焦器4所在位置；

b)所述亮度计的镜头2对准另一距离下的被测目标12，显示屏11中显示第一光电探测器7-1和第二光电探测器7-2测量的图像，选择需要测量的被测目标瞄准点12-1；

c)电子测量控制单元9控制红外发射接收器16工作，测量物距，并计算出像距，同时控制像距调节器15驱动对焦器4发生位移，从而实现自动对焦；

d)电子测量控制单元9根据像距计算模块计算出所需像距以及计算出距离校正系数，并自动校正第一光电探测器7-1和第二光电探测器7-2的测量结果。

Claims (8)

1.一种距离误差自动校正亮度计，包括机壳(1)、镜头(2)、一个或一个以上光电探测器(7)和电子测量控制单元(9)，在镜头(2)和至少一个光电探测器(7)之间具有小孔视场光阑(6)，所述镜头(2)上包括可调节像距的对焦器(4)，其特征在于，与对焦器(4)相联设有像距测量器(5)或像距调节器(15)，所述的像距测量器(5)或像距调节器(15)与电子测量控制单元(9)电连接，电子测量控制单元(9)计算出像距，并根据像距的大小对测量结果进行自动校正。

2.如权利要求1所述的一种距离误差自动校正亮度计，其特征在于，所述的对焦器(4)为通过旋转改变像距的对焦环。

3.如权利要求1所述的一种距离误差自动校正亮度计，其特征在于，所述的对焦器(4)为通过前后伸缩平移改变像距的推拉器。

4.如权利要求1所述的一种距离误差自动校正亮度计，其特征在于，所述的对焦器(4)是手动对焦器，与对焦器(4)相联设有像距测量器(5)，所述的电子测量控制单元(9)根据像距测量器(5)的测量信号计算像距。

5.如权利要求1或4所述的一种距离误差自动校正亮度计，其特征在于，所述的像距测量器(5)是与对焦器(4)联动的滑动变阻器。

6.如权利要求1所述的一种距离误差自动校正亮度计，其特征在于，所述的像距调节器(15)是电机，像距调节器(15)在电子测量控制单元(9)控制下工作。

7.如权利要求1所述的一种距离误差自动校正亮度计，其特征在于所述的光电探测器(7)是一个或一个以上单通道光电探测器，或者一个或一个以上阵列型光电探测器，或者是单通道光电探测器与阵列型光电探测器的组合。

8.如权利要求1所述的一种距离误差自动校正亮度计，其特征在于，所述的光电探测器(7)是阵列型光电探测器，所述的光电探测器(7)和镜头(2)之间的光路上设置色散单元(13)。

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