专利名称：一种变焦亮度计的制作方法
技术领域：
一种变焦亮度计技术领域：
[0001]本实用新型涉及一种亮度测量，尤其是一种具有变焦功能的亮度计。背景技术：
[0002]亮度计是一种测量亮度的仪器，主要用于景观照明工程测试、LED显示屏测 试、LED背光测试、LED交通信号灯测试、LED液晶屏测试、CCFL灯测试等。目前 常用亮度计主要有瞄点式亮度计和成像亮度计，常用瞄点式亮度计的工作原理为待测 目标的光束经设置在亮度计前端的物镜，成像在倾斜的反射镜上，反射镜上有一系列尺 寸不等的圆孔，称为带孔反射镜，待测目标上的待测光束穿过带孔反射镜和滤光片，照 到光电探测器上。带孔反射镜上的圆孔被用作视场光阑，待测目标上的实际待测面积由 圆孔的直径决定。转动带孔反射镜，让待测光束进入带孔反射镜上不同直径的圆孔，从 而改变亮度计测量视场角的大小。而常用图像亮度计的工作原理为待测目标的光束经 设置在亮度计前端的物镜和滤光片后，直接成像在二维阵列式多通道光电探测器上，从 而测量每个像素点所对应的待测目标的亮度。[0003]瞄点式亮度计上的带孔反射镜的通光孔、图像亮度计上的二维阵列式多通道光 电探测器的像素大小，与亮度计镜头的焦距，决定了亮度计的视场角的大小，也因此决 定了亮度计的测量区域，视场角越大，测量区域越大。瞄点式亮度计在测量过程中，一 般通过分布在带孔反射镜上一圈大小不同的圆孔，即视场光阑来改变视场角的大小。但 是，这个方法的难点在于多个视场角在进行切换时，由于圆孔中心很难对准到光电探测 器的光轴上，在高要求场合会带来测量误差。而且这样的视场调节是不能连续可调的， 经常不能够得到满意的视场角。而在现有图像亮度计中，每个像素的视场以及测量的总 视场都是固定的。综上所述，现有亮度计在需要改变视场的测量场合中，由于自身的缺 陷，总不能方便实现或者不可避免的带来测量误差。
实用新型内容[0004]针对上述现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种无需改变(或切换)视场光 阑大小，只需通过改变物镜焦距，即可简单灵活改变物方测量视场角大小，具有较高测 量精度的亮度测量装置。[0005]本实用新型所述的一种变焦亮度计，包括镜头、光电探测器和电子测量控制单 元，其中，镜头上设有透镜组和对焦器，其特征在于，所述的透镜组可变焦，镜头上设 有与透镜组相联动的改变镜头焦距的变焦器，所述镜头上还设有与变焦器联动的焦距测 量器，焦距测量器与电子测量控制单元电连接，电子测量控制单元根据镜头焦距改变的 大小对测量结果进行校正。[0006]所述变焦亮度计在亮度测量过程中，根据所需测量视场角调节焦距。当镜头焦 距发生变化时，所述变焦亮度计所测量的视场相应地发生变化，无需调节视场光阑的大 小或者二维阵列式多通道光电探测器的像素大小，因此不会出现因机械调节视场光阑而带来的对准误差，并且具有视场调节方便等优点。并且在亮度测量过程中，焦距测量器 将测量信号传输给电子测量控制单元，电子测量控制单元根据焦距的变化和预先在设定 的校正模型计算出校正系数，从而修正因焦距离发生变化而引起的测量误差。[0007]所述对焦器是通过整体移动透镜组来改变像距，直至达到合适的视场角，使得 被测物清晰成像，如图1所示。[0008]所述变焦器是利用透镜组中两个或两个以上透镜(组)的相对移动，改变透镜组 间的间隔来从而改变整个镜头的焦距的，如图1所示。[0009]作为优选，在实验室建立的亮度测量误差和焦距之间的关系，并建立修正模 型。亮度计在一系列不同的焦距下测量同一均勻光源，亮度测量结果应相同，根据这一 原理计算得到各个不同焦距下的焦距校正系数。[0010]作为一种技术方案，所述变焦器为设置在镜头上的变焦环，通过旋转改变变焦 亮度计测量视场角的大小；或者，所述变焦器为通过前后伸缩平移改变焦距的推拉器。[0011]作为一种技术方案，所述焦距测量器是与变焦环相连的滑动变阻器。[0012]作为一种技术方案，本实用新型所述的光电探测器为单通道光电探测器，光电 探测器前设置有带孔反射镜和修正光电探测器光谱响应的滤色片或滤色片色轮，带孔反 射镜处于待测目标的像面位置。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ν(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。本技术方案中的变焦亮度计能够测量穿过带孔反射镜的被测目标亮度及色度。[0013]作为一种技术方案，上述的光电探测器为多通道光电探测器，多通道光电探测 器前设置有带孔反射镜，每个通道前设置有修正各自通道光谱响应的滤色片，使各个通 道的光谱响应分别与颜色三刺激值函数相匹配。本技术方案中的变焦亮度计也能够测量 穿过带孔反射镜的光源亮度和色度。[0014]作为一种技术方案，上述的镜头后设置有视场光阑，该视场光阑可为上述的带 孔反射镜。在视场光阑和光电探测器之间设置色散元件，该色散元件可以是平面光栅或 凹面光栅。本技术方案即在视场光阑后设置光谱仪，所述色散元件和光电探测器都是光 谱仪的重要组成部分。作为优选，所述的色散元件为凹面光栅，所述的光电探测器为阵 列式多通道光电探测器。穿过视场光阑的光束达到光谱仪内部，由光谱仪中的反光镜改 变传播方向，入射到凹面光栅上，经过凹面光栅的色散和聚焦，将色散光反射到阵列式 多通道光电探测器上，发生光谱响应。本技术方案的变焦亮度计测量光束穿过视场光阑 的对应点的亮度和光谱辐亮度。由于光谱仪的入射狭缝一般较小，传统的切换视场光阑 的方法可能带来的对准问题尤为严重，因此本实用新型对采用光谱仪作为测量器件的变 焦亮度计具有特别好的效果。[0015]作为一种技术方案，上述的光电探测器也可以为二维阵列式多通道光电探测 器，光电探测器处于待测目标的像面位置，光电探测器前设置有修正光电探测器光谱响 应度的滤色片，该滤色片一般使得多通道光电探测器中的各个通道的光谱响应均与人眼 光视效率函数ν(λ)相匹配。本技术方案的变焦亮度计能够通过一次取样测量被测平面 内各点的亮度，通过改变焦距，能够方便地改变总的测量视场、每个像素的测量视场和 分辨率。[0016]作为一种技术方案，在所述变焦亮度计镜头后的光路上还可设置分光器，来自 镜头的光束经过分光器被分成两束或多数，分别进入对应的两个或两个以上光电探测 器，上述的光电探测器可以为多通道光电探测器或单通道光电探测器。综上所述，本实用新型所述的一种变焦亮度计，无需改变(或切换)带孔反射镜 出光孔大小，只需通过变焦器改变镜头焦距，即可简单灵活控制测量视场角大小。所述 变焦亮度计还通过电子测量控制单元计算校正系数，具有焦距校正功能。所述变焦亮度 计不仅适用于瞄点亮度测量，也适用于图像亮度测量。

附图1为本实用新型的变焦器的原理示意图；附图2为本实用新型的实施例1的结构示意图；附图3为本实用新型的实施例2的结构示意图；附图4为本实用新型的实施例3的结构示意图；1-镜头；2-透镜组；2-1透镜组2中的透镜；2_2透镜组2中的透镜；3_变焦 器；4-对焦器；5-焦距测量器；6-带孔反射镜；7-光电探测器；8-滤色片或滤色片色 轮;9-目测系统；10-电子测量控制单元；11显示屏；12-待测目标；12-1待测目标瞄 准点；13-光谱仪；14-色散元件；15-反光镜。
具体实施方式实施例1如图2所示，一种变焦亮度计结构示意图，包括镜头1，透镜组2，变焦器3、对 焦器4，焦距测量器5，带孔反射镜6，光电探测器7，滤色片色轮8，目测系统9，电子 测量控制单元10。其中变焦器3和对焦器4为设置在镜头上的变焦环和对焦环，可通过 旋转改变焦距和像距。光电探测器7为单通道光电探测器。待测目标12的待测目标瞄准点12-1光束从镜头1进入，且成像在带孔反射镜6 的位置，所述带孔反射镜6为中间带小孔的反射镜，来自镜头1的光束分成2部分，一部 分穿过带孔反射镜6到达单通道的光电探测器7，另一部分被反射到目测系统9。人眼在 目测系统9观察待测目标12，在观察区域中存在一个黑点，是由于在带孔反射镜6上待测 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，黑点位置即为光电探测器 7所测量的位置，测量者可以根据这一现象准确对准待测目标瞄准点12-1。对准待测目 标12后，调整镜头1上的变焦器3，选择合适的测量视场角。当选定测量范围后，固定 变焦器3的位置，旋转镜头1上的对焦器4，直至能清晰看到待测目标12。电子测量控 制单元10根据焦距测量器5的交化，计算校正系数。光电探测器7前设置有滤光片色轮 8，滤色片色轮8上有一组滤色片，分别使光谱响应与颜色三刺激值函数相匹配。本实施 例中的变焦亮度计实现了目标瞄准点12-1的亮度和色度测量，并且能通过改变焦距，方 便地调节测量视场大小，即目标瞄准点12-1的区域。上述亮度计亮度测量步骤如下i)先将变焦亮度计镜头1瞄准待测目标瞄准点12-1 ；ii)转动变焦器3，调节变焦亮度计的焦距，直至达到合适的测量视场角，再转动对焦器4进行对焦；iii)用变焦亮度计测量步骤ii)中确定的待测目标瞄准点12-1的亮度值；iv)焦距测量器5将焦距变化的大小转换成电信号传输给电子测量控制单元10， 电子测量控制单元10根据相应的电信号，计算出焦距校正系数，对步骤iii)中的测量结 果进行校正；ν)输出正确亮度值。实施例2如图3所示，一种变焦亮度计结构示意图，包括镜头1，透镜组2，变焦器3，对 焦器4，焦距测量器5，光电探测器7，滤色片8，电子测量控制单元10和显示屏11。其 中变焦器3和对焦器4为设置在镜头上的变焦环和对焦环，可通过旋转改变焦距和像距。 光电探测器7为二维阵列式多通道光电探测器。待测目标12的光束从镜头1进入，成像在光电探测器7上。对准待测目标12 后，根据预先设定的测量范围定好测量视场角，然后调整镜头1上的变焦器3，当确定焦 距后，固定变焦器3的位置，旋转镜头1上的对焦器4，直至通过显示屏11能清晰看到测 量目标12。电子测量控制单元10根据焦距测量器5的变化，计算校正系数。光电探测 器7前设有V(Iamb)校正滤色片8，V(Iamb)校正滤色片8使光电探测器7的各个通道的 光谱响应均与与人眼光视效率函数V( λ)相匹配。本实施例中所述的的变焦亮度计测量 待测目标12各点的亮度，并且通过焦距调节方便地改变测量视场即待测目标12的面积区 域以及分辨率。上述亮度计亮度测量步骤如下i)先将变焦亮度计镜头1瞄准待测目标12 ；ii)转动变焦器3，调节变焦亮度计的焦距，直至达到合适的测量视场角，再转 动对焦器4进行对焦，使待测目标12清晰成像；iii)用变焦亮度计测量步骤ii)中确定的待测目标12的亮度值；iv)焦距测量器5将焦距变化的大小转换成电信号传输给电子测量控制单元10， 电子测量控制单元10根据相应的电信号计算出校正系数，对步骤iii)中的测量结果进行 校正；ν)输出正确亮度值。实施例3如图4所示，一种变焦亮度计结构示意图，包括镜头1，透镜组2，变焦器3， 对焦器4，焦距测量器5，带孔反射镜6，光电探测器7，目测系统9，电子测量控制单元 10，待测目标12，待测目标瞄准点12-1，光谱仪13，色散元件14和反光镜15。其中变 焦器3和对焦器4为设置在镜头上的变焦环和对焦环，可通过旋转改变焦距和像距。光 谱仪13由光电探测器7、色散元件14和反光镜15组成。本实施例中的色散元件为凹面 光栅14，所述的光电探测器7为阵列式多通道光电探测器。待测目标12的待测目标瞄准点12-1光束从镜头1进入，且成像在带孔反射镜6 的位置，所述带孔反射镜6为中间带小孔的反射镜，来自镜头1的光束分成2部分，一部 分穿过带孔反射镜6到达光谱仪13，另一部分被反射到目测系统9。穿过带孔反射镜6的 光束经光谱仪13中的反光镜15改变传播方向，再入射到凹面光栅14上发生色散和聚焦作用，在光电探测器7上发生光谱响应。人眼在目测系统9观察待测目标12，在观察区 域中存在一个黑点，是由于在带孔反射镜6上待测目标瞄准点12-1的光束穿过小孔没有 发生反射造成的，因此，黑点位置即为光电探测器7所测量的位置，测量者可以根据这 一现象准确对准待测目标瞄准点12-1。对准待测目标12后，调整镜头1上的变焦器3， 此时黑点的大小也会随之发生变化，据此选择合适的测量视场角。当选定测量范围后， 固定变焦器3的位置，旋转镜头1上的对焦器4，直至能清晰看到待测目标12。电子测 量控制单元10根据焦距测量器5的变化，计算校正系数。本实施例中的变焦亮度计能够 测量待测目标瞄准点12-1的光谱辐亮度、亮度和色度等参数，并可通过焦距调节，方便 地调节待测目标瞄准点12-1的大小。上述亮度计亮度测量步骤如下i)先将变焦亮度计镜头1瞄准待测目标瞄准点12-1 ；ii)转动变焦器3，调节变焦亮度计的焦距，直至达到合适的测量视场角，再转 动对焦器4进行对焦，使待测目标瞄准点12-1清晰成像；iii)用变焦亮度计测量步骤ii)中确定的待测目标瞄准点12-1的亮度值；iv)焦距测量器5将焦距变化的大小转换成电信号传输给电子测量控制单元10， 电子测量控制单元10根据相应的电信号计算出校正系数，对步骤iii)中的测量结果进行 校正；ν)输出正确亮度值。
权利要求1.一种变焦亮度计，包括镜头(1)、光电探测器(7)和电子测量控制单元(10)，其 中，镜头(1)上设有透镜组(2)和对焦器(4)，其特征在于，所述镜头(1)上设有与透镜 组(2)相联动的改变镜头(1)焦距的变焦器(3)，所述镜头(1)上还设有与变焦器(3)联 动的焦距测量器(5)，焦距测量器(5)与电子测量控制单元(10)电连接，电子测量控制单 元(10)根据镜头(1)焦距改变的大小对测量结果进行校正。
2.如权利要求1所述的一种变焦亮度计，其特征在于，所述的变焦器(4)为通过旋转 改变焦距的变焦环。
3.如权利要求1所述的一种变焦亮度计，其特征在于，所述的变焦器(4)为通过前后 伸缩平移改变焦距的推拉器。
4.如权利要求1或3所述的一种变焦亮度计，其特征在于，所述的焦距测量器(5)是 与变焦器(3)相连的滑动变阻器。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种变焦亮度计，其特征在于，所述的光电探测 器(7)前设置有修正光电探测器(7)光谱响应的滤色片或滤色片色轮(8)。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种变焦亮度计，其特征在于，所述的光电探测 器⑵前设置有视场光阑(6)，在视场光阑(6)和光电探测器(7)间设置色散元件(14)， 所述的光电探测器(7)为阵列式多通道光电探测器。
7.如权利要求7所述的一种变焦亮度计，其特征在于，所述的光电探测器(7)是二维 阵列式多通道光电探测器，光电探测器处于镜头(1)的像面位置。
专利摘要本实用新型公开了一种变焦亮度计，通过在镜头上设置与透镜组相联动变焦器，方便地改变亮度计的镜头焦距，从而调节测量视场角。本实用新型还通过与变焦器联动的焦距测量器测量出焦距的变化，并通过电子测量控制单元计算校正系数，从而方便实现不同视场角下的精确亮度测量。本实用新型的变焦亮度计的测量视场选择更灵活，且避免了因视场调节带来的对准误差，可以实现更高的亮度测量精度。
文档编号G01J1/42GK201803795SQ201020271608
公开日2011年4月20日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者潘建根 申请人:杭州远方光电信息股份有限公司