CN2769913Y - 利用积分球实现的可调照度漫射光源的光路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用积分球实现的可调照度漫射光源的光路结构，其特征在于有一积分球，积分球的左、右两侧及下方各有一个开孔，在左、右侧开孔的旁边各安装有避光筒，避光筒内分别安装有光源与光栏，下方开孔旁边安装有一个光栏。采用了积分球，从而使出射光源具有漫射特性，光源的均匀性好，通过光栏的调节能实现不同检测条件下的照度要求。采用高精度稳流源和卤钨灯通过电流控制实现色温要求，光源色温保持在2856K，光源工作稳定。利用积分球实现的可调照度漫射光源可用于准确校准微光度计、影象倍增管、远距光度计和分光辐射仪。

Description

利用积分球实现的可调照度漫射光源的光路结构

技术领域

本实用新型属于光学电子测量领域，具体是一种可调照度漫射光源的光路结构。

背景技术

目前，一些光源如点光源、线光源、面光源其灯壳具有透镜效应，并且这些光源所发的光为发散光束，光场分布不均匀，不具有余弦辐射体性质，均匀性差。对于一些采用光学透镜来改变光源发出的光的光场分布，均匀性会有所改善，但镜头会引入余弦四次方下降和一个额外的离轴渐晕，导致光场的均匀性仍旧比较差。在一些高精度测量中需要均匀性好的光源，这种光源都采用了积分球，但是这种光源动态范围的调节通过功率调节、出口光栏调节、灯的数量控制等办法来实现的，这些办法会给光源的工作稳定性带来影响，引起色温变化，出光孔径受到限制，对于增加灯的数量会给光源带来散热问题，增大了光源结构的复杂性。

发明内容

本实用新型目的在于为高精度检测中提供色温稳定、照度可调、低照度照明、良好的均匀性、可靠性高的漫射光源的光路结构。

对于在高精度检测中所用到的光源，常规的光源所能达到的光效、光利用率、不均匀性在很多应用领域已不能满足要求，利用积分球实现的可调照度漫射光源可以解决传统光源均匀性差等一些问题，能够提供低照度照明，照度可在几个数量级的范围内变化，而色温不变。

利用积分球实现的可调照度漫射光源的光路结构，其特征在于有一积分球，积分球的左、右两侧及下方各有一个开孔，在左、右侧开孔的旁边各安装有避光筒，避光筒内分别安装有光源与光栏，下方开孔旁边安装有一个光栏。

所述的光路结构，其特征在于所述的积分球左侧的光源与光栏之间光路中安装有一个光闸，积分球右侧的光源与光栏之间光路中安装有一个滤光片，积分球下方的光栏处安装有光闸。

所述的光路结构，其特征在于所述的积分球左侧的光源是高亮度卤钨灯，积分球右侧的光源是低亮度卤钨灯。

本实用新型系统利用漫射积分球的漫射性能好、能量叠加和衰减容易等特点，构成高亮度和低亮度的2套光源。

积分球上的左右两侧的开孔为入射口，下方的开孔为出光口。

本实用新型所用光闸为可调光闸。

实际的积分球总有一些测量孔径以及光源档板，设光源的辐射通量为Φ，积分球半径为r，球内壁漫反射率为ρ，则球表面任何一部分的辐射照度E可写成如下形式：

$E=\frac{\mathrm{\Φ}}{4\mathrm{\π}{r}^2}\·\frac{\mathrm{\ρ}}{1-\mathrm{\ϵ\ρ}}$

$\mathrm{\ϵ}=1-\frac{1}{4\mathrm{\π}{r}^2}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i$

其中ε表示积分球测量孔径等面积单元a_i相对于总球表面积所占的比例，它在公式中的作用可看成是对这些影响的一种修正。对于离积分球出光口一定距离处的照度计算为：

$E^{\′}=\frac{{\mathrm{\Φ}}^{\′}\cos \mathrm{\α}}{\mathrm{\π}{l}^2}$

Φ′＝Eπr₁ ²

其中r₁ ²为积分球出光口半径，Φ′为积分球出光口处的辐射通量。

发明的效果

该光源的光路结构采用了积分球，从而使出射光源具有很好的漫射特性，光源的均匀性好；采用了两个不同功率的灯，设置在不同的距离上，分别通过可调光栏调节进入积分球的光通量；在积分球的出光孔处也设置了可调光栏，这样通过光栏的调节能实现较大动态范围的照度输出，满足不同检测条件下的照度要求，光闸的开关能实现光输出控制，光源色温保持在2856K，光源工作稳定。

附图说明

图1是本实用新型的光路结构示意图。

具体实施方式

本实用新型利用积分球实现的可调照度漫射光源的光路结构，有积分球4，积分球4的左、右两侧及下方各有一个开孔10、11、14，在左开孔10的旁边安装有避光筒12，在右开孔11的旁边安装有避光筒13，避光筒12内安装有高亮度卤钨灯1与光栏3、光闸2，避光筒13内安装有低亮度卤钨灯7与光栏5、滤光片6，下方开孔14旁边安装有一个光栏8、光闸9。

由灯1(提供高照度)发出的光经过光闸2，再经过光栏3进入积分球4，出射光由出光孔经过光栏8和光闸9出射，通过调节光栏3(最大孔径10mm)和光栏8(最大孔径30mm)能得到所需的照度；由灯7(提供低照度)经过滤光片7(衰减倍数为10)，在经过光栏5(最大孔径10mm)进入积分球4，出射光由出光孔经过光栏8和光闸9出射，通过调节光栏5和光栏8能得到所需的照度。光闸2的作用是在低亮度工作状态下阻止高亮度的光进入积分球，光闸9的作用是保证准确测得系统的杂散光从而消除相关的误差，光闸的安置实现了光输出控制，使光源在高照度和低照度工作状态下，能实现自动控制。在高照度工作状态下，光栏3和光栏8的配合使用能使照度值变化300倍，光栏5和光栏8的作用亦同。

稳流电源是提供给卤钨灯灯1和7的电源，它是一个非常稳定的直流恒流源，能使灯的稳定度和准确度处于最佳状态。通过电流控制实现色温控制，实际要求的色温可以通过测量积分球输出光源的功率谱，从而确定限定色温条件下卤钨灯的额定工作电流。并且电源具有控制卤钨灯开启时预加小电流，消除由于大的启动电流冲击引起的对灯的电击。该特点能使灯在适用期内的校准数据保持不变，并且进一步保护灯。

Claims (3)

1、利用积分球实现的可调照度漫射光源的光路结构，其特征在于有一积分球，积分球的左、右两侧及下方各有一个开孔，在左、右侧开孔的旁边各安装有避光筒，避光筒内分别安装有光源与光栏，下方开孔旁边安装有一个光栏。

2、根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于所述的积分球左侧的光源与光栏之间光路中安装有一个光闸，积分球右侧的光源与光栏之间光路中安装有一个滤光片，积分球下方的光栏处安装有光闸。

3、根据权利要求1或2所述的光路结构，其特征在于所述的积分球左侧的光源是高亮度卤钨灯，积分球右侧的光源是低亮度卤钨灯。

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