一种光度计校准用光源及其使用方法与流程

1.本发明涉及光度计校准领域，具体而言，涉及一种光度计校准用光源及其使用方法。


背景技术：

2.光度计包括照度计和亮度计。照度计一般用于测量环境光，计量单位：勒克斯(lx)，例如教室课桌上照度、体育场馆环境照度等。亮度计一般用于测量一个发光面的亮度，计量单位：cd/m2，例如电视屏幕、手机屏、视力表等。光度计探测部分由光电探测器组合人眼视觉v(λ)滤光片构成，是广泛应用于光学计量领域的仪器设备。
3.光度计需要进行校准，以保证测量精度。对光度计进行校准需要用到光源，对于传统的校准用光源来说其适应的范围较小，通常适合2lx-3000lx的照度计校准和10cd/m
2-1500cd/m2的亮度计校准；现有技术中存在改良的校准用光源，但也存在系统结构复杂、成本高、功耗大等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括，例如，提供一种光度计校准用光源及其使用方法，其可以实现高于5000lx量程的照度计校准和高于1500cd/m2量程的亮度计校准；并且，该光源的系统结构简单、成本和功耗均较低。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.第一方面，本发明实施例提供一种光度计校准用光源，一种校准用光源，用于对光照度计进行计量校准，所述校准用光源包括安装支架、积分球、监测光度探测器、第一调光组件、第一灯室、第一光源、第二调光组件、第二灯室和第二光源；
7.所述积分球安装于所述安装支架上，所述监测光度探测器安装于所述积分球上，用于监测积分球内的光度；
8.所述第一光源安装于所述第一灯室内，所述第二光源安装于所述第二灯室内，所述第一调光组件安装于所述第一灯室与所述积分球之间，用于调节所述第一光源进入所述积分球的参数，所述第二调光组件安装于所述第二灯室与所述积分球之间，用于调节所述第二光源进入所述积分球的参数；
9.所述积分球上设置有出光口。
10.本发明实施例提供的光度计校准用光源既具备高亮光源的特征，又可以通过线性叠加法直接在高量程校准光度计，而无需依赖其它标准光度计。对于本发明实施例提供的光度计校准用光源来说：可提供高至200000lx的照度或300000cd/m2的亮度；照度和亮度可以通过第一调光组件和第二调光组件实现动态范围连续调节；在可选的实施例中，第一光源和第二光源可以采用led冷光源，从而避免高照度(高亮度)条件下热辐射对被测仪器的损伤及导致的热漂移；采用双光源注入式结构(即第一光源和第二光源发出的光注入积分球的结构形式)，可实现双通道通量叠加的线性测量功能；具有更低的校准不确定度。此外，
本发明实施例提供的光度计校准用光源可直接应用于光度计的计量校准场合，具有操作方便、占地少等特点。总的来说，本发明实施例提供的光度计校准用光源可以实现高于5000lx量程的照度计校准和高于1500cd/m2量程的亮度计校准；并且，该光源的系统结构简单、成本和功耗均较低。
11.进一步地，在可选的实施例中，所述第一调光组件包括第一调光用微分筒和第一快门，所述第一光源发出的光沿所述第一调光用微分筒和所述第一快门传递至所述积分球。
12.进一步地，在可选的实施例中，所述第一调光组件还包括第一可调光阑，所述第一可调光阑位于所述第一调光用微分筒和所述第一快门之间。
13.进一步地，在可选的实施例中，所述第二调光组件包括第二调光用微分筒和第二快门，所述第二光源发出的光沿所述第二调光用微分筒和所述第二快门传递至所述积分球。
14.进一步地，在可选的实施例中，所述第二调光组件还包括第二可调光阑，所述第二可调光阑位于所述第二调光用微分筒和所述第二快门之间。
15.进一步地，在可选的实施例中，所述积分球的直径在110mm-130mm之间。
16.进一步地，在可选的实施例中，所述第一光源的功率范围在8w-12w之间；和/或，所述第二光源的功率范围在8w-12w之间。
17.进一步地，在可选的实施例中，所述第一光源为led、溴钨灯、氙灯或激光；和/或，所述第二光源为led、溴钨灯、氙灯或激光。
18.进一步地，在可选的实施例中，所述第一调光组件和第二调光组件被共同配置为根据预设亮度和照度要求，调节所述第一光源和所述第二光源进入所述积分球的参数，以使所述出光口射出的光的参数等于所述预设亮度和照度。
19.进一步地，在可选的实施例中，所述安装支架包括支撑底座和安装架，所述安装架与所述支撑底座连接，所述安装架与所述积分球连接。
20.第二方面，本发明实施例提供一种光度计校准用光源的使用方法，利用前述任一项所述的光度计校准用光源，所述使用方法包括：
21.获取待调节的光源参数；
22.根据所述光源参数，控制所述第一调光组件和所述第二调光组件，以使所述第一光源和所述第二光源叠加后的参数与所述待调节的光源参数匹配。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本发明具体实施例所述的光度计校准用光源的结构示意图；
25.图2为图1中的光度计校准用光源在另一视角下的结构示意图；
26.图3为图1中的光度计校准用光源在又一视角下的结构示意图；
27.图4为光度计校准用光源的调光原理示意图。
28.图标：100-光度计校准用光源；110-安装支架；111-支撑底座；112-安装架；120-积分球；121-出光口；130-监测光度探测器；140-第一调光组件；141-第一调光用微分筒；142-第一快门；143-第一可调光阑；150-第一灯室；160-第二调光组件；161-第二调光用微分筒；162-第二快门；163-第二可调光阑；170-第二灯室。
具体实施方式
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
34.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
35.请参阅图1，本实施例提供了一种光度计校准用光源100，其可以实现高于5000lx量程的照度计校准和高于1500cd/m2量程的亮度计校准；并且，该光源的系统结构简单、成本和功耗均较低。
36.需要说明的是，在本发明实施例中，校准用光源用于对光照度计进行计量校准。在本发明实施例中，“lx”是照度的单位，其定义为：被光均匀照射的物体，在1平方米面积上所得的光通量是1流明时，它的照度是1lx(即1勒克斯)。在本发明实施例中，提供的光度计校准用光源100可以适用于量程高于5000lx的照度计校准。“cd/m
2”是亮度的单位，亮度是指发光体(反光体)表面发光(反光)强弱的物理量，即物体明暗的程度；其中“cd”是发光强度的单位，中文名“坎德拉”，1cd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。在本发明实施例中，提供的光度计校准用光源100可以适用于量程高于1500cd/m2的亮度计校准。
37.在本发明实施例中，该光度计校准用光源100包括安装支架110、积分球120、监测光度探测器130、第一调光组件140、第一灯室150、第一光源、第二调光组件160、第二灯室170和第二光源；积分球120安装于安装支架110上，监测光度探测器130安装于积分球120上，用于监测积分球120内的光度；第一光源安装于第一灯室150内，第二光源安装于第二灯室170内，第一调光组件140安装于第一灯室150与积分球120之间，用于调节第一光源进入积分球120的参数，第二调光组件160安装于第二灯室170与积分球120之间，用于调节第二光源进入积分球120的参数；积分球120上设置有出光口121。
38.需要指出的是，在本发明实施例中，第一灯室150和第二灯室170分别用于安装第一光源和第二光源，第一光源发出的光可以经由第一调光组件140的调节后进入到积分球
120，第二光源发出的光可以经由第二调光组件160的调节后进入到积分球120，两束光线的光经积分球120汇聚成一束光，并经由出光口121射出，从而实现对光度计的校准。当然，再某些场景下，可以通过调节第一调光组件140使第一光源发出的光不进入积分球120，或者关闭第一光源，使其不发光，而仅调节第二调光组件160，使第二光源发出的光进入积分球120；也可以通过调节第二调光组件160使第二光源发出的光不进入积分球120，或者关闭第二光源，使其不发光，而仅调节第一调光组件140，使第一光源发出的光进入积分球120。本发明实施例可以通过第一调光组件140和第二调光组件160实现对光源的调节，从而使得对光度计的校准更加方便和简单。
39.同时，还需要说明的是，本发明实施例采用了双光源注入式积分球120的结构形式，可以实现基于通量叠加法的线性量程扩展，在较低照度或亮度水平下单点绝对校准后，通过线性修正系数的测量可直接实现高量程的校准，不依赖某些现有技术中的标准光度计(组)，且减少了校准时的量值传递环节具有更低的不确定度。
40.在可选的实施例中，第一调光组件140可以包括第一调光用微分筒141和第一快门142，第一光源发出的光沿第一调光用微分筒141和第一快门142传递至积分球120。
41.进一步地，第一调光组件140还可以包括第一可调光阑143，第一可调光阑143位于第一调光用微分筒141和第一快门142之间。
42.在可选的实施例中，第二调光组件160包括第二调光用微分筒161和第二快门162，第二光源发出的光沿第二调光用微分筒161和第二快门162传递至积分球120。
43.进一步地，第二调光组件160还可以包括第二可调光阑163，第二可调光阑163位于第二调光用微分筒161和第二快门162之间。
44.可选地，积分球120的直径在110mm-130mm之间，比如在某些实施例中，积分球120的直径设计为100mm。
45.可选地，第一光源的功率范围在8w-12w之间；和/或，第二光源的功率范围在8w-12w之间。
46.进一步地，第一光源为led、溴钨灯、氙灯或激光；和/或，第二光源为led、溴钨灯、氙灯或激光。
47.比如在某些实施例中，第一光源选用10w的led灯，第二光源选用10w的led灯；或者，第一光源选用10w的溴钨灯，第二光源选用10w的溴钨灯等。
48.需要指出的是，在本发明实施例中，第一光源和第二光源的上述参数仅供参考，而非对第一光源和第二光源的限定。在不违背本发明构思的前提下，上述参数可以更换为其他数值。
49.此外，还需要特别指出的是，本发明实施例对于第一光源和第二光源采用的具体形式不做具体要求和限定，且对于第一光源和第二光源来说，两者的功率和类型可以相同，也可以不同，即，比如说在第一光源选用10w的led灯时，第二光源可以选用11w的氙灯。也应当理解的时，对于第一光源和第二光源采用相同类型和功率的光源时，可以使调节更加简单方便。当然，也可以采用自动化控制第一调光组件140和第二调光组件160，使其分别对于第一光源和第二光源进行自动化的控制。
50.在可选的实施例中，第一调光组件140和第二调光组件160被共同配置为根据预设亮度和照度要求，调节第一光源和第二光源进入积分球120的参数，以使出光口121射出的
光的参数等于预设亮度和照度。
51.进一步地，在可选的实施例中，安装支架110包括支撑底座111和安装架112，安装架112与支撑底座111连接，安装架112与积分球120连接。
52.如图1至3所示，该实施例中的光度计校准用光源100为双光源注入式积分球120均匀光源，两个通道的大功率led入射到积分球120后，经积分球120内壁多次反射后，在积分球120出口形成高照度(亮度)均匀辐射场，从而实现其高亮功能。在该实施例中，积分球120直径约为120mm，内壁喷涂高反材料(聚四氟乙烯或硫酸钡)，反射涂层在可见波段光谱漫反射比大于97％。入射半球有两个对称的光输入口，机械对称性有利于提高出口均匀性和降低叠加时两个独立通道的差异性。出射半球出口直径为45mm，该尺寸已经大于大部分市售照度计的接收面直径及亮度计视场取样面积。球内安装了挡屏，用于防止入射光未经球壁反射而直接照射到被测探测器上，同时增加入射光在球内的反射次数提高输出口照度均匀性。出射半球的球壁上与出口法线程45
°
角位置安装有监测光度探测器130，用于监测光源稳定性并为后续双光源叠加产生的各种修正提供信号参考。第一光源和第二光源均为10w大功率白光led，led由恒流电源驱动并配备了较大的散热灯室。两颗led为同一批次产品，其光谱和光强差别基本可以忽略。led前端安装了短焦距透镜，一方面用于提高led发光的收集效率进而增加积分球120入射通量，另一方面led点光源经透镜准直后在可调光阑位置能产生与光阑孔径大小近似的光斑，有利于可调光阑对积分球120入射通量的精细调控。其还配备由两个可调光阑，即第一可调光阑143和第二可调光阑163，用于两个独立光输入通道的入射通量调节，从而实现光源出口照度的大动态范围变化。第一可调光阑143和第二可调光阑163由微分筒结合弹簧机构驱动挡光刀口片移动从而实现入射通量的精密调节。第一可调光阑143和第二可调光阑163最终可实现从完全遮光到全部打开的无级连续调节。除此之外可调光阑与积分球120连接处设有快门(手动或自动并不做具体要求)，用于双光源叠加过程中独立通道的控制。
53.本发明实施例还提供一种光度计校准用光源100的使用方法，利用前述的光度计校准用光源100，该使用方法包括：获取待调节的光源参数；根据所述光源参数，控制所述第一调光组件和所述第二调光组件，以使所述第一光源和所述第二光源叠加后的参数与所述待调节的光源参数匹配。
54.请参阅图4，其示出两个光源和两个调光组件的原理。图中入射到被测探测器(dut)的光信号包括三个：通道a单独开启、通道b单独开启、a和b两通道同时开启叠加。定义三种光信号入射到被测探测器后输出光电流或其仪表读数分别为ia、ib、i
a b
，那么被测设备的线性比r可表示为：
55.可以看出本发明实施例具备双光源叠加的功能，且能够通过积分球120实现通量叠加。
56.在校准光度计的实际操作中，低于5000lx照度或低于1500cd/m2亮度的“常规量程”校准技术已经非常成熟和普及。因此对于一台被校准的光度计而言，可以首先在常规量程中选择不确定度较低的测量点利用已有常规校准方式单点校准(例如：500lx照度或100cd/m2亮度)，然后测量其在更高照度或亮度水平下的非线性修正系数来实现高量程的校准。
57.线性测量中向高量程延伸通常采用两倍递进法，将叠加使用的初始照度值定义为e1，对应测设备输出为i1，第n次叠加照度值定义为en，对应被测设备输出为in，叠加流程如表1所示：
58.表1两倍递进叠加流程说明
[0059][0060]
那么被测设备叠加到第n次照度水平下相对于初次叠加点量值的非线性修正系数可按之前叠加时的线性比r
(n)
表示为：表示为：式中：
[0061]
某一高照度水平下用被测照度计进行测量时，实际的照度值e
real
与仪器示值e
measure
的关系可以表示为：
[0062]
从两倍叠加流程可以看出，在叠加次数逐渐增加后，叠加点的间隔越来越大，无法实现较细的叠加层次，因此解决这个问题也可用等步长递增叠加法。较为典型的叠加流程为在一个数量级内叠加实现1、2(1 1)、3(1 2)、4(2 2)、5(2 3)、6(2 4)、7(3 4)、8(4 4)、9(4 5)、10(2 8)。
[0063]
表2等间隔递进叠加流程说明
[0064][0065]
此法叠加结果的非线性修正系数计算与两倍递增法略有区别，设m和n两个等级的非线性修正系数分别为和那么修正后被测设备的值分别为和叠加后m n等级的非线性修正系数为：
[0066]
对于等间隔法或任意间隔的叠加，被测设备非线性修正系数的获取可以按照公式(8)逐级得到，某一个叠加等级可以用之前已有的等级组合叠加实现，非线性修正系数计算需按照叠加数据逐级导出。
[0067]
请结合参阅图1至图4，本发明提供的光度计校准用光源100可以在高量程(大于3000lx照度、大于1500cd/m2亮度)范围内对光照度计进行计量校准。通常来说，要实现高量程校准，先决条件是需要具备高亮的光源照射被校准仪器的探测器。如果已知高亮光源发光强度或亮度的绝对值，那么被测仪器示值与该绝对值比较后可实现校准并给出示值偏差；如果高亮光源绝对值不明确，可使用已经校准过的标准光度计在高亮光源下与被测光度计进行比较测量。而本发明实施例提供的光度计校准用光源100既具备高亮光源的特征，又可以通过线性叠加法直接在高量程校准光度计，而无需依赖其它标准光度计。对于本发明实施例提供的光度计校准用光源100来说：可提供高至200000lx的照度或300000cd/m2的亮度；照度和亮度可以通过第一调光组件140和第二调光组件160实现动态范围连续调节；在可选的实施例中，第一光源和第二光源可以采用led冷光源，从而避免高照度(高亮度)条件下热辐射对被测仪器的损伤及导致的热漂移；采用双光源注入式结构(即第一光源和第二光源发出的光注入积分球120的结构形式)，可实现双通道通量叠加的线性测量功能；具有更低的校准不确定度。此外，本发明实施例提供的光度计校准用光源100可直接应用于光度计的计量校准场合，具有操作方便、占地少等特点。总的来说，本发明实施例提供的光度计校准用光源100可以实现高于5000lx量程的照度计校准和高于1500cd/m2量程的亮度计校准；并且，该光源的系统结构简单、成本和功耗均较低。
[0068]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0069]
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0070]
还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0071]
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。