專利名稱：一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試技術(shù)，特別涉及一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置和方法。
背景技術(shù)：
光源是光學(xué)領(lǐng)域最常用的設(shè)備之一，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)其特性和參數(shù)具有不同的要求。在一些特殊的情況下，會(huì)使用到一些結(jié)構(gòu)和體積較大，并且具有確定出光角度的光源。為了減小光源的物理尺寸，可以利用光學(xué)方法，將實(shí)際光源成像于遠(yuǎn)距離處以滿足所需較大結(jié)構(gòu)的要求。這種光源的一般結(jié)構(gòu)是實(shí)際光源被光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離處成一定大小的虛像，其發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)位于光源出光面的光闌出射，形成具有確定出光角度的光束。所謂的光源出光角度，在這里是指光源發(fā)出光束的中心線在三維空間中的指向。這種具有確定出光角度的光源，對(duì)其在工作中的出光角度都具有一定的要求。因此，需要有相應(yīng)的測(cè)量方法和裝置對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于角度的檢測(cè)，傳統(tǒng)方法中，可以使用角度傳感器，將其剛性固定在光源外部結(jié)構(gòu)上，并保證其與光源物理結(jié)構(gòu)的中心軸線平行，用此角度傳感器的讀數(shù)代表光源的出光角度。但這時(shí)角度傳感器測(cè)量的只是光源物理結(jié)構(gòu)的中心軸線的角度，并不等同于光源發(fā)出的光束的角度，這兩者之間是存在區(qū)別的。而且，這兩者之間的區(qū)別也常常是關(guān)注的重點(diǎn)。很顯然，由于無(wú)法直接定位光束中心，這種方法沒(méi)能合理的解決問(wèn)題。另外一種方法，使用照度計(jì)，在光束出光方向上的不同橫截面測(cè)量光強(qiáng)最大值點(diǎn)或者光斑幾何中心點(diǎn)的位置，用這些點(diǎn)的連線代表光源發(fā)出的光束的走向。但這里仍然存在幾個(gè)比較嚴(yán)重的實(shí)際問(wèn)題，一是無(wú)論是用光強(qiáng)最大值點(diǎn)的連線，還是光斑幾何中心點(diǎn)的連線來(lái)代表光束的走向，都具有相當(dāng)大的不確定性，重復(fù)性差，誤差大，難以保證測(cè)量精度；二是使用照度計(jì)的測(cè)量要求盡可能在暗室環(huán)境中進(jìn)行，以減小雜光影響，這個(gè)條件不能滿足實(shí)時(shí)實(shí)地測(cè)量的要求；三是在光源的結(jié)構(gòu)和體積較大時(shí)，要求的測(cè)量距離往往較遠(yuǎn)，受光強(qiáng)減弱的影響，照度計(jì)已經(jīng)無(wú)法正常工作。還有其它常用的角度測(cè)量方法和裝置，但均無(wú)法對(duì)此光學(xué)虛擬光源的出光角度進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和精確的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)目前無(wú)法對(duì)光學(xué)虛擬光源出光角度精確測(cè)量的問(wèn)題，提出了一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置和方法，解決光學(xué)虛擬光源出光角度精確測(cè)量問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置，實(shí)際光源被光學(xué)系統(tǒng)成像為虛光源，經(jīng)光闌后出射，所述測(cè)量裝置包括遮光板、導(dǎo)軌和狹縫，遮光板位于光源的光闌中心，導(dǎo)軌在測(cè)量點(diǎn)位置與被測(cè)角共面，狹縫位于導(dǎo)軌上，方向與導(dǎo)軌垂直，可沿導(dǎo)軌自由滑動(dòng)。所述遮光板形狀同光源，其大小按以下要求確定即遮光板對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的張角應(yīng)小于虛光源對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的張角。一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量方法，包括光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置，實(shí)際光源被光學(xué)系統(tǒng)成像為虛光源，經(jīng)光闌后出射；固定遮光板于光闌中心；在被測(cè)角同一面內(nèi)，固定導(dǎo)軌于位置1，沿導(dǎo)軌移動(dòng)狹縫，并從狹縫中觀察虛光源，當(dāng)觀察到虛光源在遮光板兩側(cè)對(duì)稱分布時(shí)，固定狹縫，記錄狹縫在導(dǎo)軌上的位置；移動(dòng)導(dǎo)軌到位置2，同樣觀察到虛光源在遮光板兩側(cè)對(duì)稱分布時(shí)，記錄狹縫在導(dǎo)軌上的位置；若兩次測(cè)量時(shí)導(dǎo)軌的移動(dòng)距離為X，狹縫在導(dǎo)軌上的位置之差為Y，那么，在被測(cè)角平面內(nèi)，以垂直于導(dǎo)軌方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，此光學(xué)虛擬光源的出光角度即為反正切arctan(Y/X)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置和方法，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的依賴性小，實(shí)用性強(qiáng)，在大結(jié)構(gòu)大尺寸光源的出光角度測(cè)量時(shí)更能提供實(shí)時(shí)實(shí)地的高精度測(cè)量。


圖1為本發(fā)明光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量方法示意圖； 圖2為本發(fā)明光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量方法原理圖3為本發(fā)明光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置中的導(dǎo)軌與狹縫的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量觀察效果示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示為本發(fā)明光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量方法原理示意圖，實(shí)際光源1被光學(xué)系統(tǒng)成像為虛光源2，經(jīng)光闌3后出射。固定遮光板4于光闌3中心；在被測(cè)角同一面內(nèi)，固定導(dǎo)軌5于位置1。沿導(dǎo)軌5移動(dòng)狹縫6，并從狹縫6中觀察虛光源2，當(dāng)觀察到虛光源2在遮光板4兩側(cè)對(duì)稱分布時(shí)，固定狹縫6，記錄狹縫6在導(dǎo)軌5上的位置。移動(dòng)導(dǎo)軌5到位置2，同樣觀察到虛光源2在遮光板4兩側(cè)對(duì)稱分布時(shí)，記錄狹縫6在導(dǎo)軌5上的位置。若兩次測(cè)量時(shí)導(dǎo)軌5的移動(dòng)距離為X，狹縫6在導(dǎo)軌5上的位置之差為Y，那么，在被測(cè)角平面內(nèi)，以垂直于導(dǎo)軌方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，此光學(xué)虛擬光源的出光角度即為反正切arctan(Y/ X)。如圖3、4為光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖及觀察效果示意圖，結(jié)構(gòu)由遮光板4，導(dǎo)軌5和狹縫6構(gòu)成。遮光板4位于光闌3中心，形狀與光源1相似，其大小按以下要求確定即遮光板4對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的張角應(yīng)小于虛光源2對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的張角；導(dǎo)軌5在測(cè)量點(diǎn)位置與被測(cè)角共面，長(zhǎng)度與測(cè)量點(diǎn)位置和虛光源2角度相匹配；狹縫6位于導(dǎo)軌5上， 方向與導(dǎo)軌5垂直，可沿導(dǎo)軌5自由滑動(dòng)，狹縫6的長(zhǎng)度和寬度與測(cè)量點(diǎn)位置和觀察視線相匹配，人眼透過(guò)狹縫觀察，當(dāng)視線將光源中心對(duì)準(zhǔn)光闌中心時(shí)，光束中心被定位，可以觀察到圖4的效果。本發(fā)明以光源中心與光闌中心之間的連線定義光束中心；在光闌中心設(shè)置形狀與光源相似的遮光板作為參照體；依據(jù)觀測(cè)到的光源和遮光板的對(duì)稱現(xiàn)象來(lái)定位光束中心； 采用觀測(cè)狹縫來(lái)提高定位光束中心的精度；根據(jù)兩次測(cè)量中狹縫之間和導(dǎo)軌之間的距離計(jì)算光束中心的角度，方法實(shí)用簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置，實(shí)際光源(1)被光學(xué)系統(tǒng)成像為虛光源 (2)，經(jīng)光闌(3)后出射，其特征在于，所述測(cè)量裝置包括遮光板(4)、導(dǎo)軌(5)和狹縫(6)，遮光板(4)位于光闌(3)中心，導(dǎo)軌(5)在測(cè)量點(diǎn)位置與被測(cè)角共面，狹縫(6)位于導(dǎo)軌(5) 上，方向與導(dǎo)軌(5)垂直，可沿導(dǎo)軌(5)自由滑動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述遮光板 (4)形狀同光源(1)，其大小按以下要求確定遮光板(4)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的張角應(yīng)小于虛光源(2) 對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的張角。
3.一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量方法，包括光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置， 其特征在于，實(shí)際光源(1)被光學(xué)系統(tǒng)成像為虛光源(2)，經(jīng)光闌(3)后出射；固定遮光板 (4)于光闌(3)中心；在被測(cè)角同一面內(nèi)，固定導(dǎo)軌(5)于位置1，沿導(dǎo)軌(5)移動(dòng)狹縫(6)， 并從狹縫(6)中觀察虛光源(2)，當(dāng)觀察到虛光源(2)在遮光板(4)兩側(cè)對(duì)稱分布時(shí)，固定狹縫(6)，記錄狹縫(6)在導(dǎo)軌(5)上的位置；移動(dòng)導(dǎo)軌(5)到位置2，同樣觀察到虛光源(2) 在遮光板(4)兩側(cè)對(duì)稱分布時(shí)，記錄狹縫(6)在導(dǎo)軌(5)上的位置；若兩次測(cè)量時(shí)導(dǎo)軌(5) 的移動(dòng)距離為X，狹縫(6)在導(dǎo)軌(5)上的位置之差為Y，那么，在被測(cè)角平面內(nèi)，以垂直于導(dǎo)軌方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，此光學(xué)虛擬光源的出光角度即為反正切arctan(Y/X)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測(cè)量裝置和方法，以光源中心與光闌中心之間的連線定義光束中心；在光闌中心設(shè)置形狀與光源相似的遮光板作為參照體；依據(jù)觀測(cè)到的光源和遮光板的對(duì)稱現(xiàn)象來(lái)定位光束中心；采用觀測(cè)狹縫來(lái)提高定位光束中心的精度；根據(jù)兩次測(cè)量中狹縫之間和導(dǎo)軌之間的距離計(jì)算光束中心的角度，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的依賴性小，實(shí)用性強(qiáng)，在大結(jié)構(gòu)大尺寸光源的出光角度測(cè)量時(shí)更能提供實(shí)時(shí)實(shí)地的高精度測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B21/22GK102322839SQ20111015963
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者李湘寧, 薛登攀 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)