專利名稱：一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試技術(shù)，特別涉及一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測量裝置和方法。
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)用場合，對其特性和參數(shù)具有不同的要求。在一些特殊的情況下，會使用到一些結(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，將實際光源成像于遠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)是實際光源被光學(xué)系統(tǒng)在遠距離處成一定大小的虛像，其發(fā)出的光線經(jīng)過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)的測量方法和裝置對其進行檢測。對于角度的檢測，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。但這時角度傳感器測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。很顯然，由于無法直接定位光束中心，這種方法沒能合理的解決問題。另外一種方法，使用照度計，在光束出光方向上的不同橫截面測量光強最大值點或者光斑幾何中心點的位置，用這些點的連線代表光源發(fā)出的光束的走向。但這里仍然存在幾個比較嚴(yán)重的實際問題，一是無論是用光強最大值點的連線，還是光斑幾何中心點的連線來代表光束的走向，都具有相當(dāng)大的不確定性，重復(fù)性差，誤差大，難以保證測量精度；二是使用照度計的測量要求盡可能在暗室環(huán)境中進行，以減小雜光影響，這個條件不能滿足實時實地測量的要求；三是在光源的結(jié)構(gòu)和體積較大時，要求的測量距離往往較遠，受光強減弱的影響，照度計已經(jīng)無法正常工作。還有其它常用的角度測量方法和裝置，但均無法對此光學(xué)虛擬光源的出光角度進行準(zhǔn)確的定位和精確的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對目前無法對光學(xué)虛擬光源出光角度精確測量的問題，提出了一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測量裝置和方法，解決光學(xué)虛擬光源出光角度精確測量問題。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量裝置，實際光源被光學(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)軌在測量點位置與被測角共面，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。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觀測點的張角應(yīng)小于虛光源對觀測點的張角。一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測量方法，包括光學(xué)虛擬光源出光角度的測量裝置，實際光源被光學(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；在被測角同一面內(nèi)，固定導(dǎo)軌于位置1，沿導(dǎo)軌移動狹縫，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)對稱分布時，固定狹縫，記錄狹縫在導(dǎo)軌上的位置；移動導(dǎo)軌到位置2，同樣觀察到虛光源在遮光板兩側(cè)對稱分布時，記錄狹縫在導(dǎo)軌上的位置；若兩次測量時導(dǎo)軌的移動距離為X，狹縫在導(dǎo)軌上的位置之差為Y，那么，在被測角平面內(nèi)，以垂直于導(dǎo)軌方向為基準(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量裝置和方法，設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，使用時對周圍環(huán)境的依賴性小，實用性強，在大結(jié)構(gòu)大尺寸光源的出光角度測量時更能提供實時實地的高精度測量。


圖1為本發(fā)明光學(xué)虛擬光源出光角度的測量方法示意圖； 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量觀察效果示意圖。
具體實施例方式如圖1和圖2所示為本發(fā)明光學(xué)虛擬光源出光角度的測量方法原理示意圖，實際光源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；在被測角同一面內(nèi)，固定導(dǎo)軌5于位置1。沿導(dǎo)軌5移動狹縫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)對稱分布時，固定狹縫6，記錄狹縫6在導(dǎo)軌5上的位置。移動導(dǎo)軌5到位置2，同樣觀察到虛光源2在遮光板4兩側(cè)對稱分布時，記錄狹縫6在導(dǎo)軌5上的位置。若兩次測量時導(dǎo)軌5的移動距離為X，狹縫6在導(dǎo)軌5上的位置之差為Y，那么，在被測角平面內(nèi)，以垂直于導(dǎo)軌方向為基準(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對觀測點的張角應(yīng)小于虛光源2對觀測點的張角；導(dǎo)軌5在測量點位置與被測角共面，長度與測量點位置和虛光源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，狹縫6的長度和寬度與測量點位置和觀察視線相匹配，人眼透過狹縫觀察，當(dāng)視線將光源中心對準(zhǔn)光闌中心時，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)觀測到的光源和遮光板的對稱現(xiàn)象來定位光束中心； 采用觀測狹縫來提高定位光束中心的精度；根據(jù)兩次測量中狹縫之間和導(dǎo)軌之間的距離計算光束中心的角度，方法實用簡單。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測量裝置，實際光源(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)在測量點位置與被測角共面，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。
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)對觀測點的張角應(yīng)小于虛光源(2) 對觀測點的張角。
3.一種光學(xué)虛擬光源出光角度的測量方法，包括光學(xué)虛擬光源出光角度的測量裝置， 其特征在于，實際光源(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；在被測角同一面內(nèi)，固定導(dǎo)軌(5)于位置1，沿導(dǎo)軌(5)移動狹縫(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)對稱分布時，固定狹縫(6)，記錄狹縫(6)在導(dǎo)軌(5)上的位置；移動導(dǎo)軌(5)到位置2，同樣觀察到虛光源(2) 在遮光板(4)兩側(cè)對稱分布時，記錄狹縫(6)在導(dǎo)軌(5)上的位置；若兩次測量時導(dǎo)軌(5) 的移動距離為X，狹縫(6)在導(dǎo)軌(5)上的位置之差為Y，那么，在被測角平面內(nèi)，以垂直于導(dǎo)軌方向為基準(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)觀測到的光源和遮光板的對稱現(xiàn)象來定位光束中心；采用觀測狹縫來提高定位光束中心的精度；根據(jù)兩次測量中狹縫之間和導(dǎo)軌之間的距離計算光束中心的角度，設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，使用時對周圍環(huán)境的依賴性小，實用性強，在大結(jié)構(gòu)大尺寸光源的出光角度測量時更能提供實時實地的高精度測量。
文檔編號G01B21/22GK102322839SQ20111015963
公開日2012年1月18日 申請日期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 申請人:上海理工大學(xué)