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专利名称：一种光学虚拟光源出光角度的测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种测试技术，特别涉及一种光学虚拟光源出光角度的测量装置和方法。
背景技术：
光源是光学领域最常用的设备之一，在不同的应用场合，对其特性和参数具有不同的要求。在一些特殊的情况下，会使用到一些结构和体积较大，并且具有确定出光角度的光源。为了减小光源的物理尺寸，可以利用光学方法，将实际光源成像于远距离处以满足所需较大结构的要求。这种光源的一般结构是实际光源被光学系统在远距离处成一定大小的虚像，其发出的光线经过位于光源出光面的光阑出射，形成具有确定出光角度的光束。所谓的光源出光角度，在这里是指光源发出光束的中心线在三维空间中的指向。这种具有确定出光角度的光源，对其在工作中的出光角度都具有一定的要求。因此，需要有相应的测量方法和装置对其进行检测。对于角度的检测，传统方法中，可以使用角度传感器，将其刚性固定在光源外部结构上，并保证其与光源物理结构的中心轴线平行，用此角度传感器的读数代表光源的出光角度。但这时角度传感器测量的只是光源物理结构的中心轴线的角度，并不等同于光源发出的光束的角度，这两者之间是存在区别的。而且，这两者之间的区别也常常是关注的重点。很显然，由于无法直接定位光束中心，这种方法没能合理的解决问题。另外一种方法，使用照度计，在光束出光方向上的不同横截面测量光强最大值点或者光斑几何中心点的位置，用这些点的连线代表光源发出的光束的走向。但这里仍然存在几个比较严重的实际问题，一是无论是用光强最大值点的连线，还是光斑几何中心点的连线来代表光束的走向，都具有相当大的不确定性，重复性差，误差大，难以保证测量精度；二是使用照度计的测量要求尽可能在暗室环境中进行，以减小杂光影响，这个条件不能满足实时实地测量的要求；三是在光源的结构和体积较大时，要求的测量距离往往较远，受光强减弱的影响，照度计已经无法正常工作。还有其它常用的角度测量方法和装置，但均无法对此光学虚拟光源的出光角度进行准确的定位和精确的测量。

发明内容
本发明是针对目前无法对光学虚拟光源出光角度精确测量的问题，提出了一种光学虚拟光源出光角度的测量装置和方法，解决光学虚拟光源出光角度精确测量问题。本发明的技术方案为一种光学虚拟光源出光角度的测量装置，实际光源被光学系统成像为虚光源，经光阑后出射，所述测量装置包括遮光板、导轨和狭缝，遮光板位于光源的光阑中心，导轨在测量点位置与被测角共面，狭缝位于导轨上，方向与导轨垂直，可沿导轨自由滑动。所述遮光板形状同光源，其大小按以下要求确定即遮光板对观测点的张角应小于虚光源对观测点的张角。一种光学虚拟光源出光角度的测量方法，包括光学虚拟光源出光角度的测量装置，实际光源被光学系统成像为虚光源，经光阑后出射；固定遮光板于光阑中心；在被测角同一面内，固定导轨于位置1，沿导轨移动狭缝，并从狭缝中观察虚光源，当观察到虚光源在遮光板两侧对称分布时，固定狭缝，记录狭缝在导轨上的位置；移动导轨到位置2，同样观察到虚光源在遮光板两侧对称分布时，记录狭缝在导轨上的位置；若两次测量时导轨的移动距离为X，狭缝在导轨上的位置之差为Y，那么，在被测角平面内，以垂直于导轨方向为基准，此光学虚拟光源的出光角度即为反正切arctan(Y/X)。本发明的有益效果在于本发明光学虚拟光源出光角度的测量装置和方法，设计合理，结构简单，操作方便，使用时对周围环境的依赖性小，实用性强，在大结构大尺寸光源的出光角度测量时更能提供实时实地的高精度测量。


图1为本发明光学虚拟光源出光角度的测量方法示意图； 图2为本发明光学虚拟光源出光角度的测量方法原理图3为本发明光学虚拟光源出光角度的测量装置中的导轨与狭缝的结构示意图； 图4为本发明光学虚拟光源出光角度的测量观察效果示意图。
具体实施例方式如图1和图2所示为本发明光学虚拟光源出光角度的测量方法原理示意图，实际光源1被光学系统成像为虚光源2，经光阑3后出射。固定遮光板4于光阑3中心；在被测角同一面内，固定导轨5于位置1。沿导轨5移动狭缝6，并从狭缝6中观察虚光源2，当观察到虚光源2在遮光板4两侧对称分布时，固定狭缝6，记录狭缝6在导轨5上的位置。移动导轨5到位置2，同样观察到虚光源2在遮光板4两侧对称分布时，记录狭缝6在导轨5上的位置。若两次测量时导轨5的移动距离为X，狭缝6在导轨5上的位置之差为Y，那么，在被测角平面内，以垂直于导轨方向为基准，此光学虚拟光源的出光角度即为反正切arctan(Y/ X)。如图3、4为光学虚拟光源出光角度的测量装置结构示意图及观察效果示意图，结构由遮光板4，导轨5和狭缝6构成。遮光板4位于光阑3中心，形状与光源1相似，其大小按以下要求确定即遮光板4对观测点的张角应小于虚光源2对观测点的张角；导轨5在测量点位置与被测角共面，长度与测量点位置和虚光源2角度相匹配；狭缝6位于导轨5上， 方向与导轨5垂直，可沿导轨5自由滑动，狭缝6的长度和宽度与测量点位置和观察视线相匹配，人眼透过狭缝观察，当视线将光源中心对准光阑中心时，光束中心被定位，可以观察到图4的效果。本发明以光源中心与光阑中心之间的连线定义光束中心；在光阑中心设置形状与光源相似的遮光板作为参照体；依据观测到的光源和遮光板的对称现象来定位光束中心； 采用观测狭缝来提高定位光束中心的精度；根据两次测量中狭缝之间和导轨之间的距离计算光束中心的角度，方法实用简单。
权利要求
1.一种光学虚拟光源出光角度的测量装置，实际光源(1)被光学系统成像为虚光源 (2)，经光阑(3)后出射，其特征在于，所述测量装置包括遮光板(4)、导轨(5)和狭缝(6)，遮光板(4)位于光阑(3)中心，导轨(5)在测量点位置与被测角共面，狭缝(6)位于导轨(5) 上，方向与导轨(5)垂直，可沿导轨(5)自由滑动。
2.根据权利要求1所述光学虚拟光源出光角度的测量装置，其特征在于，所述遮光板 (4)形状同光源(1)，其大小按以下要求确定遮光板(4)对观测点的张角应小于虚光源(2) 对观测点的张角。
3.一种光学虚拟光源出光角度的测量方法，包括光学虚拟光源出光角度的测量装置， 其特征在于，实际光源(1)被光学系统成像为虚光源(2)，经光阑(3)后出射；固定遮光板 (4)于光阑(3)中心；在被测角同一面内，固定导轨(5)于位置1，沿导轨(5)移动狭缝(6)， 并从狭缝(6)中观察虚光源(2)，当观察到虚光源(2)在遮光板(4)两侧对称分布时，固定狭缝(6)，记录狭缝(6)在导轨(5)上的位置；移动导轨(5)到位置2，同样观察到虚光源(2) 在遮光板(4)两侧对称分布时，记录狭缝(6)在导轨(5)上的位置；若两次测量时导轨(5) 的移动距离为X，狭缝(6)在导轨(5)上的位置之差为Y，那么，在被测角平面内，以垂直于导轨方向为基准，此光学虚拟光源的出光角度即为反正切arctan(Y/X)。
全文摘要
本发明涉及一种光学虚拟光源出光角度的测量装置和方法，以光源中心与光阑中心之间的连线定义光束中心；在光阑中心设置形状与光源相似的遮光板作为参照体；依据观测到的光源和遮光板的对称现象来定位光束中心；采用观测狭缝来提高定位光束中心的精度；根据两次测量中狭缝之间和导轨之间的距离计算光束中心的角度，设计合理，结构简单，操作方便，使用时对周围环境的依赖性小，实用性强，在大结构大尺寸光源的出光角度测量时更能提供实时实地的高精度测量。
文档编号G01B21/22GK102322839SQ20111015963
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者李湘宁, 薛登攀 申请人:上海理工大学