光学测量系统、光学测量方法和光学测量系统用的镜板的制作方法
【专利摘要】光学测量系统（100）包括积分球（110），积分球（110）具有第一窗（132）并且在其内壁上具有反射表面（110a）。光学测量系统进一步包括用于将光源支撑在积分球的大致中央位置处的支撑构件（120），和配置在连接第一窗与由支撑构件支撑的光源的直线上的第一挡板（136）。支撑构件在相对于光源与第一窗相反的区域内被连接至积分球的内壁。
【专利说明】光学测量系统、光学测量方法和光学测量系统用的镜板
【技术领域】
[0001]本发明涉及适用于测量例如从光源发射出的总光通量(total luminous flux)的光学测量系统、光学测量方法和光学测量系统用的镜板。
【背景技术】
[0002]作为用于测量从光源发射出的总光通量的典型设备，已知包括积分球(integrating sphere)的光度计。积分球在其内壁上具有通过涂敷漫反射材料(例如诸如硫酸钡或PTFE (聚四氟乙烯))而形成的反射表面。待测量的光源(以下也称作“试样光源”)在配置于积分球内的状态下被点亮。从光源发射出的光通量从积分球的内壁的反射表面反复地反射，于是使得积分球的内壁上的照度均匀。利用由此变得均匀的照度与从光源发射出的总光通量成比例的事实，来测量光源的总光通量。由于通过这样的光度计测量出的总光通量一般是相对值，所以将总光通量的值与通过利用已知标准光源得到的检测值(标准值)进行比较，以由此测量出从试样光源发射出的总光通量的校准值。
[0003]包括了这样的积分球的光度计不能避免由诸如用于将光源配置在积分球中的支撑构件和用于防止来自光源的光直接照射光度计的遮光板(挡板)等的部件对光的吸收。此夕卜，试样光源自身吸收光。
[0004]为了解决这样的光吸收，日本工业标准JIS C8152:2007中的2007年7月20日出版的“用于普通照明的白光发光二极管(LED)的测量方法”(NPLl)公开了使用用于校正试样光源的自身吸收的系数(自身吸收校正系数)。以下面的方式来计算该自身吸收校正系数。将用于测量自身吸收的光源(典型的为白炽灯或卤钨灯)设置在积分球中。在试样光源配置在积分球内和试样光源未配置在积分球内的各个条件下，将用于测量自身吸收的光源点亮。将在各个条件下检测出的值彼此进行比较以由此计算出自身吸收校正系数。
[0005]此外，为了避免由例如支撑构件对光的吸收的影响的目的，已提议一种像日本特开平06-167388号公报(PTLl)中公开的那样的包括半球积分器(以下也称作“积分半球”)的光度计(在下文中该光度计也将被称作“半球光度计”)。该半球光度计具有积分半球而不是积分球，该积分半球由在其内壁上形成有反射表面的半球部和被配置成使得反射表面覆盖半球部的开口的圆形镜板构成。以使得光源的中央与半球部的曲率中央一致的方式将光源布置在镜板的中央。
[0006]在这样的构造中，光源和由镜板产生的光源的虚像均存在于假想的积分球(由半球部内的实际空间和半球部的虚像构成的复合空间)内。即，半球光度计使得试样光源能够在不使用支撑光源用的支撑构件的状态下被配置在假想积分球内。因此可以减少由例如支撑构件对光的吸收导致的误差。
[0007]引用列表
[0008]专利文献
[0009]PTLl:日本特开平06-167388号公报
[0010]非文献专利[0011]NPLl:日本工业标准JIS C8152:2007,2007年7月20日出版的“用于普通照明的白光发光二极管(LED)的测量方法”
【发明内容】
[0012]发明要解决的问题
[0013]近来，伴随着例如LED (发光二极管)光源的发展，需要对具有与标准光源的发光强度(luminous intensity)分布不同的发光强度分布的光源进行测量的要求。本发明的发明人新近发现当用包括传统积分球的光学测量设备测量这样的光源时，由于发光强度分布的差异而导致产生测量误差的新的技术问题。
[0014]发明人还发现了该引起新的技术问题的原因。根据发明人对该原因的认知，当使用如上所述的半球光度计时，不易发生由于发光强度分布的差异而引起的测量误差。然而，由于各种原因，可能存在着没有选择只能使用包括传统积分球的光学测量设备的情况。甚至在这样的情况中，也存在着进一步提高测量精度的需要。
[0015]做出本发明以解决上述问题，并且发明的目的在于提供光学测量系统、光学测量方法和光学测量系统用的镜板，其能实现减小由于标准光源与试样光源之间在发光强度分布上的差异而引起的测量误差的目标。
[0016]用于解决问题的方案
[0017]根据本发明的一个方面的光学测量系统包括:积分球，其具有第一窗并且在该积分球的内壁上具有反射表面。该光学测量系统还包括支撑构件，其用于将光源支撑在所述积分球的大致中央位置处，和第一挡板，其配置在连接所述第一窗和由所述支撑构件支撑的所述光源的直线上。所述支撑构件在相对于所述光源与所述第一窗相反的区域内被连接至所述积分球的内壁。
[0018]优选地，光学测量系统进一步包括被连接至所述第一窗的光检测器。
[0019]更优选地，所述第一挡板被配置成使得所述支撑构件在所述光检测器的通过所述第一窗形成的视野的范围之外。
[0020]优选地，所述积分球具有形成在与所述第一窗不同的位置处的第二窗，并且来自辅助光源的光通过所述第二窗被引导到所述积分球内。所述光学测量系统进一步包括与从所述第二窗引导到所述积分球内的来自所述辅助光源的光相关联的第二挡板。
[0021]优选地，所述积分球包括以使得第一半球部和第二半球部能够开闭的方式联接到一起的所述第一半球部和所述第二半球部。
[0022]根据本发明的另一方面的光学测量方法包括如下步骤:将由支撑构件支撑的光源配置在积分球的大致中央位置处，所述积分球在该积分球的内壁上具有反射表面；和检测来自所述光源的、通过了形成于所述积分球的第一窗的光。将第一挡板配置在连接所述第一窗和由所述支撑构件支撑的所述光源的直线上，并且将所述支撑构件在相对于所述光源与所述第一窗相反的区域内连接至所述积分球的内壁。
[0023]根据本发明的又一方面的光学测量系统包括:第一半球部和第二半球部，该两个半球部在各自的内壁上具有各自的反射表面并且以使得所述第一半球部和所述第二半球部能够开闭的方式联接到一起；第一支撑构件，其用于在所述第一半球部和所述第二半球部闭合的状态下将位于由所述第一半球部和所述第二半球部形成的球体内的大致中央位置处的光源点亮；和盘状镜板，其在所述第一半球部和所述第二半球部打开的状态下能够被安装成覆盖所述第一半球部的开口。所述镜板具有面对所述第一半球部的反射表面。所述光学测量系统还包括:第二支撑构件，其用于在所述镜板被安装至所述第一半球部的状态下将露在由所述第一半球部和所述镜板形成的半球体内的光源点亮；和光检测器，其用于检测来自光源的、通过了形成于所述第一半球部的窗的光。
[0024]根据本发明的再一方面，设置了适于光学测量系统的镜板。光学测量系统包括第一半球部和第二半球部，该两个半球部在各自的内壁上具有各自的反射表面并且以使得所述第一半球部和所述第二半球部能够开闭的方式联接到一起。所述镜板在所述第一半球部和所述第二半球部打开的状态下能够被安装成覆盖所述第一半球部的开口。所述镜板包括:面对所述第一半球部的反射表面；和支撑构件，该支撑构件用于在所述镜板被安装至所述第一半球部的状态下将露在由所述第一半球部和所述镜板形成的半球体内的光源点売。
[0025]发明的效果
[0026]本发明能够减小由于标准光源与试样光源之间在发光强度分布上的差异引起的
测量误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1A是图示用于借助积分球测量从光源发射出的总光通量的基础思想的图。
[0028]图1B是用于图示当执行校准时标准光源在积分球中被点亮的状态的图。
[0029]图1C是用于图示当执行测量时试样光源在积分球中被点亮的状态的图。
[0030]图2是示出半球光度计的概况的图。
[0031]图3是示出标准光源与用于实验的灯泡型荧光灯之间的在发光强度分布上的差异的图。
[0032]图4A是示出实验例I的细节的图。
[0033]图4B是示出实验例I的细节的图。
[0034]图5A是示出实验例2的细节的图。
[0035]图5B是示出实验例2的细节的图。
[0036]图6A是示出根据第一实施方式的光学测量系统的构造的示意图。
[0037]图6B是示出根据第一实施方式的光学测量系统的构造的示意图。
[0038]图6C是示出根据第一实施方式的光学测量系统的构造的示意图。
[0039]图7是示出根据第一实施方式的第一变型的光学测量系统的构造的示意图。
[0040]图8是示出根据第一实施方式的第二变型的光学测量系统的构造的示意图。
[0041]图9是示出根据第一实施方式的第三变型的光学测量系统的构造的示意图。
[0042]图10是示出根据第一实施方式的第四变型的光学测量系统的构造的示意图。
[0043]图11是示出根据第一实施方式的第五变型的光学测量系统的构造的示意图。
[0044]图12A是示出根据第二实施方式的光学测量系统的构造的示意图。
[0045]图12B是示出根据第二实施方式的光学测量系统的构造的示意图。
[0046]图12C是示出根据第二实施方式的光学测量系统的构造的示意图。
[0047]图13是用于根据第二实施方式的光学测量系统的镜板的平面图。[0048]图14A是示出根据第二实施方式的第一变型的光学测量系统的构造的示意图。
[0049]图14B是示出根据第二实施方式的第一变型的光学测量系统的构造的示意图。
[0050]图15是示出用于借助根据实施方式的光学测量系统测量试样光源的总光通量的处理程序的流程图。
【具体实施方式】
[0051]将参照附图详细地说明本发明的实施方式。图中，相同或相应的部件用相同的附图标记表示，并且在这里将不重复其说明。
[0052]<A.发明人发现的新技术问题〉
[0053]本发明的发明人发现如下的新技术问题:当用包括积分球的光度计测量光源并且光源具有与用于校准的标准光源的发光强度分布不同的发光强度分布时发生测量误差。在下文中，将首先说明该新技术问题。
[0054]图1A是图示用于借助积分球测量从光源发射出的总光通量的基础思想的图。图1B是用于图示当执行校准时标准光源在积分球中被点亮的状态的图。图1C是用于图示当执行测量时待测量光源(试样光源)在积分球中被点亮的状态的图。
[0055]参见图1A，将给出用于借助积分球10测量从试样光源OBJ发射出的总光通量的基础思想的说明。如图1A所示，在内壁上具有反射表面IOa的积分球10的中央位置处，配置了试样光源0BJ，并且试样光源OBJ被点亮。反射表面IOa典型地通过涂敷漫反射材料(例如硫酸钡或PTFE (聚四氟乙烯))而形成。通过示例，试样光源OBJ具有用附图标记42表不的发光强度分布。
[0056]从试样光源OBJ发射出的光(光通量)被从积分球10的内壁反复地反射。于是,积分球10的内壁上的照度被制得均匀，该照度由取决于从试样光源OBJ发射出的光通量确定的值来表示。光检测器12通过形成在任意位置的窗被光学连接至积分球10。光检测器12对在积分球10的内壁上被制得均匀的照度进行测量。由该光检测器12检测到的照度表示从试样光源OBJ发射出的总光通量的量值。
[0057]注意，在积分球10内设置挡板14，用于防止从试样光源OBJ发射出的光直接照射光检测器12。该挡板14的表面也是与积分球10的内壁一样的反射表面。从试样光源OBJ发射出的光因此也从挡板14的表面被反射。
[0058]在实际的光度计中，设置有支撑构件，用于将处于点亮状态的试样光源OBJ保持在积分球10的中央位置处。更具体地，如图1B所示，从上下方向的上侧的顶点向下延伸的支撑构件(照明安装件)20配置在积分球10内，并且光源配置于支撑构件的前端。还有，挡板14被以一定方式定位在预定位置处。在如图1B所示的示例中，挡板14由像支撑构件20一样沿上下方向从上向下延伸的支撑构件16固定。
[0059]图1B示出校准光度计时的状态，其中，标准光源STD被安装至支撑构件20的前端。假设标准光源STD具有如附图标记44所表示的4pi的发光强度分布。S卩，标准光源STD在标准光源STD的主要投射方向(向前方向)上发射光，并且还在与主要投射方向相反的方向(向后方向)上发射光。
[0060]相比之下，图1C示出测量总光通量时的状态，其中，试样光源OBJ被安装至支撑构件20的前端。假设试样光源OBJ具有如附图标记46所表示的2pi的发光强度分布。SP，试样光源OBJ仅在试样光源OBJ的主要投射方向(向前方向)上发射光，而不在与主要投射方向相反的方向(向后方向)上发射光。具有这样的2pi的发光强度分布的试样光源OBJ典型地是利用LED等的光源。
[0061]如图1B所示，由于标准光源STD具有4pi的发光强度分布，所以从标准光源STD朝前发射出的光沿着例如路径34在积分球10内传播。此外，从标准光源STD朝后发射出的光沿着例如路径32在积分球10内传播。S卩，标准光源STD的朝后发射出的光的一部分首先从积分球10的反射表面IOa反射而照亮支撑构件20。照亮支撑构件20的光的一部分在未被挡板14阻挡的状态下直接照射光检测器12。
[0062]相比之下，如图1C所示，由于试样光源OBJ具有2pi的发光强度分布，所以从试样光源OBJ发射出的光沿着例如路径36在积分球10内传播。没有光从试样光源OBJ朝后发射出。因此，与标准光源STD相比，没有光首先被从积分球10的发射表面IOa反射然后直接照射光检测器12。即，没有从支撑构件20反射的分量并因此没有从支撑构件20反射以直接照射光检测器12的分量。
[0063]从支撑构件20反射从标准光源发射出的光中的分量，以直接照射光检测器12。取决于该分量，测量出的总光通量的值受到影响。即，作为从具有4pi的发光强度分布的标准光源STD发射出的光的一部分的分量直接照亮光检测器12,而从具有2pi的发光强度方向的试样光源OBJ发射出的分量不直接照亮光检测器12。
[0064]因此，本发明的发明人发现如下事实:标准光源STD与试样光源OBJ之间的在发光强度分布上的差异对总光通量的测量结果有影响以及如上所述引起该结果的配置。
[0065]〈B.半球光度计>
[0066]对于上述新技术问题，本发明的发明人如后面所说明地进行了实验。在实验中，利用半球光度计执行的测量的结果被用作比较例。因此，将首先简短地说明半球光度计。
[0067]图2是示出半球光度计2的概况的示意图。参见图2，半球光度计2采用了半球积分器(积分半球)而不是如图1A至图1C所示的积分球10。更具体地，半球光度计2包括半球部50和圆形镜板60，半球部50在其内壁上形成有反射表面50a，圆形镜板60被配置成使得其反射表面60a覆盖半球部50的开口。以使得光源(标准光源STD或试样光源OBJ)的中心与半球部的曲率中心一致的方式将光源布置在镜板60的中心。
[0068]针对反射表面50a，典型地涂敷漫反射材料(例如硫酸钡或PTFE等)以形成反射表面。由于对反射表面60a而言有必要引起镜面反射，所以利用金属气相沉积镜(典型地是铝气相沉积镜)来构造反射表面60a。在半球光度计中，镜板60的反射表面60a优选地具有充分高的反射率。为了增加反射率，可以采用具有经受了反射率提高处理的反射表面60a的镜板60。
[0069]通过形成在半球部50中的位于镜板60附近的任意位置处的窗，光学连接光检测器12。
[0070]在如图2所示的半球光度计2的情况中，在假想积分球(由半球部50内的实际空间和半球部的虚像70构成的复合空间)内存在有光源的实像(发光强度分布48)和由镜板60 (反射表面60a)产生的光源的虚像(发光强度分布49)。换言之，待经受测量的光源(标准光源STD或试样光源OBJ)中的仅发射出光通量的那部分(光发射部分)呈现为与光发射部的虚像一起浮现在假想积分球中。[0071]因此，在半球光度计2的情况中，光源能够在未利用支撑光源用的支撑构件的情况下被配置在假想积分球内。即，用于将光源配置在积分球内的支撑构件存在于假想积分球外侧的空间中。因此，能够避免支撑构件对光的吸收和由支撑构件产生阴影，以由此减小误差。
[0072]此外，针对半球光度计，不存在如上所述由于标准光源STD与试样光源OBJ之间的在发光强度分布上的差异产生的影响。
[0073]〈C.实验例 >
[0074]为了解决上述的新技术问题，本发明的发明人在直径不同的支撑构件被分别配置在积分球内的各条件下测量了试样光源OBJ的总光通量。此外，由能够避免支撑构件对光的吸收和由支撑构件产生阴影的半球光度计测量的结果被用作比较例。对测量的结果进行了评价。
[0075]Cl:实验例 I
[0076]制备以下三个不同的光度计，并且分别通过这些光度计做出总光通量的测量。使用了 13W的灯泡型荧光灯(美国Osram Sylvania公司生产，型号N0.CF13EL)作为试样光源OBJ。
[0077]-测量条件1-
[0078]积分球(内壁的直径:40英寸(大约Im))
[0079]支撑构件的直径:40mm
[0080]-测量条件2-
[0081]积分球(内壁的直径:40英寸(大约Im))
[0082]支撑构件的直径:5mm
[0083]-测量条件3-
[0084]积分半球(半球部的内壁的直径:40英寸(大约Im))
[0085]注意，美国Labsphere公司生产的型号为N0.LMS-400的产品被用作积分球，并且美国Labsphere公司生产的型号为N0.HM-400的产品被用作积分半球。
[0086]针对用于测量的方法，首先使用标准光源校准各光度计并在此后测量试样光源OBJ的总光通量。
[0087]图3是示出标准光源与用于实验的灯泡型荧光灯之间的在发光强度分布上的差异的图。图4A是和图4B是示出实验例I的细节的图。在图4B中，示出了在测量条件I至3下的、以在测量条件3下的测量结果为基础而被标准化了的各个测量结果(总光通量的量值)。
[0088]如图3所示，作为试样光源OBJ的灯泡型荧光灯的发光强度分布横向扩展至比标准光源STD的发光强度分布大的程度，并且灯泡型荧光灯的朝后发射光少于标准光源STD的朝后发射光。灯泡型荧光灯和标准光源因此在发光强度分布上显著地不同。
[0089]如图4B中可以看出的，当测量相同试样光源OBJ时，利用具有相同直径和反射涂层的积分球(测量条件I和测量条件2)的测量结果均示出比使用积分半球(测量条件3)的测量结果低的总光通量。此外，较厚的支撑构件和较高的表面反射率导致测量出的总光通量的值较低。即，在测量条件I下的测量结果与测量条件3下(定向的)的测量结果相差-6.5%，并且测量条件2下(全方向的)的测量结果与测量条件3下的测量结果相差_2%。[0090]在积分半球的情况中，由于积分半球的原理而在积分球中不存在支撑构件。因此从图4B所示的结果可以看出测量值受配置在积分球内的支撑构件的大小的影响。当利用在积分球内不具有支撑构件的积分半球测量出的值被用作基准时，利用相同内径的积分球的测量结果在某些情形中可能降低5%或更多。
[0091]c2:实验例 2
[0092]此外，对于发光强度分布更加显著不同于标准光源的LED灯泡而言，发明人也进行了在上述测量条件I至3下的类似实验。在实验例2中，使用LED灯泡(美国GE公司，型号N0.Par20，光束角度20度)作为试样光源。
[0093]图5A和图B是示出实验例2的细节的图。在图5B中，示出了在测量条件I至3下的、以在测量条件3下的测量结果为基础而被标准化了的各个测量结果(总光通量的量值)。
[0094]如图5A所示，LED灯泡被构造成在位于灯泡向前的窄范围内发射光通量，并且其发光强度分布显著地不同于标准光源STD的发光强度分布。即，可以看出，仅在大约-10度至+ 10度的范围内向前地存在有LED灯泡的发光强度分布，并且产生的光通量中的大部分被在类似于一个点的窄范围内发射。
[0095]参见图5B，可以看出，在使用了发光强度分布显著不同于标准光源STD的发光强度分布的情况中，相对于使用积分半球的测量结果而言的误差较大。即，可以看出，标准光源STD与试样光源OBJ之间在发光强度分布上的较大差异导致使用积分球测量的总光通量
进一步较小。
[0096]更具体地，测量条件2下的测量结果与测量条件3下的测量结果相差_5%，并且测量条件I下的测量结果与测量条件3下的测量结果相差_17%。因此，在将使用积分半球(其积分球中不存在支撑构件)测量出的值用作基准、并且使用了与积分半球相同的内径的情况中，使用积分球的测量结果可能在某些情形中比基准低15%或更多。
[0097]在下文中，将给出即使试样光源OBJ具有与标准光源STD的发光强度分布不同的发光强度分布也使得测量能够更加精确的构造的示例的说明。
[0098]<D.第一实施方式>
[0099]如上所述，由标准光源STD与试样光源OBJ之间在发光强度分布上的差异产生的误差被认为由从支撑构件的表面的反射引起。因此第一实施方式采用以使得支撑构件在使用积分球的光学测量设备中配置在光检测器的视野范围之外的方式来确定支撑构件的形状和将要配置支撑构件的位置的解决方案。
[0100]dl:基本结构
[0101]图6A至图6C均是示出根据第一实施方式的光学测量系统100的构造的示意图。参见图6A，光学测量系统100包括积分球110、支撑构件120、挡板136和光检测器180。
[0102]积分球110在其内壁上具有反射表面110a。该反射表面IlOa是通过涂敷硫酸钡、PTFE等而形成的漫反射表面。当进行测量时，将光源(标准光源STD或试样光源OBJ)配置在积分球110的大致中央位置处。即，支撑构件120将光源支撑在积分球110的大致中央位置处。这里，“大致中央位置”是包括积分球110的物理上的中央位置和物理上的中央位置的周边区域(suirouding area)在内的概念，并且周边区域包括从中央位置远离至大致不影响光源的测量精度的这种程度的范围。
[0103]支撑构件120包括第一构件122、联接至第一构件122的第二构件124以及用于将第一构件122固定至积分球110的固定构件126。之后将对这些构件所配置的各个形状和位置进行详述。
[0104]积分球110具有通过积分球110的内表面和外表面形成的观察窗132。光检测器180通过被加工为适于安装的光纤134被连接至观察窗132。于是，光检测器180能够检测到来自积分球HO的内壁的平均照度。
[0105]光检测器180能够检测在积分球110的观察窗132处的照度并计算出试样光源OBJ的总光通量。光检测器180可以被构造成检测对于至少一定范围波长的照度或者被构造成检测相对照度光谱。光检测器180可以是光谱校正的光电二极管(spectrallycorrected photodiode),或者是具有衍射光栅的光谱仪、与衍射光栅等光学关联的线性传感器。光检测器180可以具有近余弦响应(near cosine response)以从积分球110的内壁上的所有可视区域收集平均光辉。这样的能够光谱测定的光检测器180除了测量总光通量之外还可以被用于进一步执行诸如色度(chromaticity)、相关色温(correlated colortemperature)和显色性(color rendering)等的光源的基本性能的评价。
[0106]在观察窗132的前方，配置有用于防止光直接照射光检测器180的挡板136。挡板136由固定构件138固定至积分球110。更具体地，挡板136被配置于将观察窗132与由支撑构件120支撑的光源(标准光源STD或试样光源0BJ)连接的直线上。以该方式，防止从光源发射出的光(光通量)部分地直接照射观察窗132 (即、在光被从积分球110的内壁重复地反射之前)，并且减小了测量误差。
[0107]在根据本实施方式的光学测量系统100中，挡板136还执行防止支撑构件120被包括在光检测器180的通过观察窗132形成的视野的范围内。即，挡板136的尺寸被制成使得当光检测器180通过观察窗132收集来自积分球110的内壁的平均光辉时支撑构件120处在挡板136的阴影(shade)内。
[0108]为了将支撑构件120隐藏在从观察窗132观察到的挡板136的阴影内，需要适当地确定例如支撑构件120的形状和待配置支撑构件120的位置，以及挡板136的尺寸。还需要考虑由于支撑构件120和挡板136的自身吸收引起的测量精度的劣化，因此这些自身吸收优选地尽可能小。
[0109]于是，在根据本实施方式的光学测量系统100中，支撑构件120被构造成配置在当通过观察窗132从光检测器180看积分球110的内部时位于靠近光源的配置位置的位置(方向)处。更具体地，支撑构件120采用如下构造:支撑构件120在关于光源与观察窗132相反的区域内被连接至积分球110的内壁。换言之，支撑构件120被配置在由挡板136所遮蔽的视野的范围内，挡板136设置用于防止来自光源的光直接照射光检测器180。基于该思想，支撑构件120可以采取任何形状。图6A示出形状的典型示例，其中支撑构件120的大部分位于通过光源的直线(光轴)附近。
[0110]更具体地，支撑构件120包括在关于光源与观察窗132相反的区域内被连接至积分球110的内壁的第一构件122。至于试样光源0BJ，光源通常是安装至天花板的类型。在该情况中，试样光源OBJ被固定至竖直方向上的上侧，使得光竖直向下照射。因此，在图6A中示出的支撑构件120中，用于将试样光源OBJ固定至竖直方向上的上侧的L或C形第二构件124被连接至第一构件122的前端。
[0111]在第一构件122和第二构件124中，包含有用于点亮光源的电源线等。此外，在第一构件122和第二构件124的各个表面上，选用了各个反射表面以使光的吸收最小化。鉴于反射表面的原理，反射表面可以是漫反射表面或者镜面反射表面。为了便于处理，一般采用通过涂敷硫酸钡、PTFE等形成的漫反射表面。
[0112]图6B示意性地示出了图6A中所示的沿着B-B的截面。如图6B所示,在包括了积分球110的中央位置的截面中，观察窗132、挡板136、光源和支撑构件120配置在大致直线上。以该方式，能够在不增加挡板136的尺寸的情况下从光检测器180的视野的范围中排除支撑构件120。
[0113]此外，为了矫正试样光源的自身吸收，可以设置辅助灯。更具体地，如图6A所示，积分球110具有形成在与观察窗132不同的位置处的辅助光源窗142。在辅助光源窗142中，配置了与辅助光源窗相关联的辅助光源144。来自辅助光源144的光通过辅助光源窗142被引导到积分球110内。
[0114]还有关于从该辅助光源144发射出的光，该光被防止直接照射光检测器180。因此，配置了挡板146，其与被从辅助光源窗142引导至积分球110内的来自辅助光源144的光相关联。和挡板136 —样,该挡板146也在其表面上形成有反射表面。挡板146可以被构造成具有任何形状并且可以设置在任何位置，只要防止来自辅助光源窗142的光直接照射光检测器180即可。
[0115]关于借助辅助光源144校正标准光源STD和试样光源OBJ的自身吸收的方式,之后将给出说明。
[0116]即使使用了在发光强度分布上彼此显著不同的标准光源STD和试样光源0BJ，也可以采用如上所述的支撑构件120以及相关联的组成部件以减小测量误差。如上所述，只要能够防止来自光源的光在被从支撑构件120反射之后直接照射光检测器180，就能够减小发光强度分布对测量精度的影响。因此，只要符合上述技术思想，就可以采用除了图6A中示出的形状以外的任何形状。之后将说明其他形状的示例。
[0117]如上所述，在光学测量系统100中，当执行校准时将标准光源STD安装至支撑构件120，并且当执行测量时将试样光源OBJ安装至支撑构件120。因此，使得使用者能够容易地更换光源的构造是优选的。在第一实施方式中，积分球110由一对半球部构成，并且以使得半球部能够开闭的方式联接这些半球部。可以采用这样的构造，即使积分球110具有较大内径使用者也能够容易地访问支撑构件120。
[0118]如图6C所示，通过示例，积分球110由配置在竖直方向上的上侧的上半球部和配置在竖直方向上的下侧的下半球部构成。上半球部和下半球部通过铰链118联接使得它们能够开闭。上半球部竖直地向上移动以由此打开积分球110。
[0119]d2:第一变型
[0120]如上所述，对于与被从辅助光源窗142引导至积分球110内的来自辅助光源144的光相关联的挡板，可以采用任何形状的挡板以及任何的挡板配置位置。
[0121]图7是示出根据第一实施方式的第一变型的光学测量系统100A的构造的示意图。在图7所示的光学测量系统100A中，与来自辅助光源144的光相关联的挡板148被固定至积分球110的内壁，而不是支撑构件120。
[0122]在采用如图7所示的构造的情况中，也可以使支撑构件120以独立于辅助光源144的方式与积分球110分离。因此,相同的积分球110可以被用于遵循本实施方式的方法(利用如图6A至图6C所示的支撑构件120的方法)测量试样光源OBJ的总光通量，并且还可以用于遵循传统方法测量试样光源OBJ的总光通量。
[0123]d3:第二变型
[0124]如上所述，在积分球110由以能够开闭的方式被联接的一对半球部构成的情况中，可以独立地确定支撑构件120和铰链118关于彼此的各自的位置。因此，也可以采用使得使用者能够更加容易地更换光源的构造。
[0125]图8是示出根据第一实施方式的第二变型的光学测量系统100B的构造的示意图。在图8所示的光学测量系统100B中，铰链118设置在比支撑构件120被连接至积分球110所在位置高的位置处。虽然采用这样的构造使得处于打开状态的积分球110的最上部的位置升高了，但是使用者可以前进至更靠近支撑构件120的位置。
[0126]因此能够在待执行的用于校准和测量的较短时间内更换光源。
[0127]d4:第三变型
[0128]代替由相同形状构成的两个半球的上述组合，积分球110可以被构造成能够部分地打开。
[0129]图9是示出根据第一实施方式的第三变型的光学测量系统100C的构造的示意图。在图9所示的光学测量系统100C中，积分球110的一部分(例如近似全部的四分之一)能够通过铰链118开闭。
[0130]通过该构造，能够使处于打开状态的积分球110的最上部的位置保持在低位。因此，即使向上的间隙在积分球110被安装所在的场所内受到限制，但是也能够使用包括了具有相对大内径的积分球110的光学测量系统。
[0131]D5:第四变型
[0132]如上所述，可以采用任何形状作为支撑构件的形状，只要支撑构件在光检测器180的视野范围之外即可。
[0133]图10是示出根据第一实施方式的第四变型的光学测量系统100D的构造的示意图。在图10所示的光学测量系统100D中，使用了 L形支撑构件120A。该支撑构件120A在关于光源与观察窗132相反的区域内被连接至积分球110的内壁，并且支撑构件120A完全位于光检测器180的视野范围之外。
[0134]可以采用这样的支撑构件120A以使其结构进一步简化。
[0135]d6:第五变型
[0136]此外，在将要测量沿着水平方向发射光的试样光源OBJ的情况中，可以采用以下构造。
[0137]图11是示出根据第一实施方式的第五变型的光学测量系统100E的构造的示意图。在图11所示的光学测量系统100E中，使用了大致线性的支撑构件120B。该支撑构件120B在与观察窗132相反的区域内沿着通过了光源的直线延伸。即，支撑构件120B在关于光源与观察窗132相反的区域内被连接至积分球110的内壁，并且支撑构件120B完全位于光检测器180的视野范围之外。
[0138]这样的支撑构件120B适用于在水平方向上发射光的试样光源的测量。
[0139]d7:其他变型
[0140]代替如图6C所示的沿着水平面被分成两部分的积分球110的构造，也可以采用沿着竖直面被分成两部分的积分球110的构造。这里应该考虑的是，取决于试样光源OBJ的发光强度分布，从光源发射出的光可以被集中在两个半球部之间的接合区域。在这样的情况中，优选的是将例如试样光源OBJ被定向的方向改变为更加合适的方向。
[0141]此外，积分球110可以由三个或更多的部分构成。
[0142]此外，在积分球110由多个部分构成的情况中，根据使用、安装地点等适当地设计各部分之间的接点位置。因此，例如铰链118不限于如图6C和图8所示的上述位置，而是可以设置在任何位置。
[0143]d8:优点
[0144]根据上述第一实施方式，即使标准光源STD和试样光源OBJ在发光强度分布方面彼此显著不同，也可以采用在关于光源与观察窗132相反的区域内被连接至积分球110的内壁的支撑构件，以由此以较高精度测量诸如总光通量等的光学特征。
[0145]此外，根据第一实施方式，积分球110可以由任何数量的多个部分构成，并因此可以根据使用、安装地点等实现适当的光学测量系统。
[0146]〈E.第二实施方式〉
[0147]如上所述，在采用半球光度计的情况中，未发生由标准光源STD与试样光源OBJ之间在发光强度分布上的差异引起的测量误差。然而实际上，可能通常是由于例如经济原因而不能引进最新半球光度计的情况。于是，第二实施方式采用了用于实现如下半球光度计的情况:该半球光度计使用了包括现有积分球的光学测量设备。
[0148]el:基本构造
[0149]图12A至图12C均是示出根据第二实施方式的光学测量系统200的构造的示意图。参见图12A，光学测量系统200包括积分球210、配置在积分球210内的支撑构件220和挡板236与246、光检测器280以及辅助光源244。
[0150]如图12B所示，积分球210由一对以使得半球部能够开闭的方式联接起来的半球部构成。即，上半球部和下半球部通过铰链218联接使得半球部能够被开闭。上半球部竖直向上移动以由此打开积分球210。当积分球210处于打开状态时，可以将镜板250安装至半球部中的一个。图12C示出处于安装有镜板250的状态的光学测量系统200。
[0151]S卩，在根据本实施方式的光学测量系统200中，可以在借助于支撑构件220将光源配置在积分球210内的闭合状态(一对半球部被闭合的状态)下执行测量，并且也可以在不需支撑构件而将光源配置在由镜板250和一个半球部中形成的假想积分球内的打开状态(一对半球部被打开的状态)下执行测量。因此，镜板250可以被用于以共享光学测量系统200的方式选择性地实现如下两种方法:用于借助与传统的积分球类似的积分球来测量总光通量的方法，和用于借助半球光度计测量总光通量的方法。在下文中，将详细地说明根据本实施方式的光学测量系统200。
[0152]参见图12A，积分球210在其内壁上具有反射表面210a。该反射表面210a是通过涂敷硫酸钡、PTFE等形成的漫反射表面。积分球210由一对以使得半球部能够开闭的方式联接的半球部构成，因此半球部在其各自的内壁上具有各自的反射表面。
[0153]在积分球210闭合的状态(一对半球部被关闭的状态)下，支撑构件220用作在由一对半球部构成的积分球210内的大致中央位置处用于点亮光源的构件。支撑构件220通过固定构件226固定至积分球210。[0154]挡板236和固定构件238与图6A中示出的挡板136和固定构件138类似，因此不再重复其详细说明。还有关于辅助光源244，其与图6A中示出的辅助光源144类似。来自辅助光源244的光通过辅助光源窗242被引导到积分球210内。
[0155]光检测器280也与图6A中示出的光检测器180类似，并因此通过被加工为适于安装的光纤234被连接至观察窗232。光检测器280因此能够检测积分球210的内壁上的照度。
[0156]相比之下，当在图12B所示的状态(打开状态)下执行测量时，镜板250靠近一个半球部的开口被安装。镜板250被安装至形成有观察窗232的半球部(图12B的情况中为下半球部)，光检测器280通过光纤234被连接至观察窗232。
[0157]镜板250在面对着安装有镜板的半球部(图12B的情况中为下半球部)的一侧上具有反射表面250a。该反射表面250a由金属气相沉积镜(典型地为招气相沉积镜)等形成的镜面反射表面。优选地，该反射表面250a具有充分高的反射率。反射表面250a可以经受反射率提高处理以由此具有增加了的反射率。
[0158]如图12C所示，镜板250可以被用于获取由半球部内部存在的真实空间、和由反射表面250a产生的并且与真实空间对应的假想空间构成的复合空间。该复合空间与假想积分球对应。于是，在该假想积分球内，仅包括在镜板250的反射表面250a侧存在的物体。
[0159]镜板250进一步包括用于将光源(标准光源STD或试样光源OBJ)安装至镜板250的支撑构件260。支撑构件260被构造成从与镜板250的反射表面250a相反的一侧支撑光源。因此，支撑构件260不在上述假想积分球内。支撑构件260还提供用于点亮待安装至镜板250的光源的电源。
[0160]虽然图12A和图12B示出了向假想积分球的内部突出的光源的示例，但是也可以测量表面光源。在该情况中，可以在镜板250的中央部做出在尺寸上与试样光源OBJ的截面大致相等的开口，使得试样光源OBJ可以被安装至该开口。
[0161]因此，在镜板250被安装至半球部的状态中，支撑构件260允许光源在由该半球部和镜板250形成的半球内露出并被点亮。用光检测器280通过观察窗232检测积分球的内壁上的由于该光源的发光而产生的照度。即，光检测器280通过形成于安装有镜板250的半球部的观察窗232检测来自光源的光。从光检测器280检测到的照度，测量从试样光源OBJ发射出的总光通量。
[0162]在镜板250的反射表面250a侧上设置有挡板272，挡板272用于防止来自光源(标准光源STD或试样光源OBJ)的光直接照射光检测器280。
[0163]此外，在安装有镜板250的半球部不具有用于通过辅助光源窗242对用于计算自身吸收纠正系数所需的光进行引导的辅助光源244的情况中，镜板250设置有辅助光源274。该辅助光源274配置在与镜板250的反射表面250a相反的一侧，使得辅助光源274不被包括在假想积分球内。来自辅助光源274的光通过设置在反射表面250a的部分内的辅助光源窗278被引导到假想积分球内。还设置了用于防止来自辅助光源274的光直接照射光检测器280的挡板276。
[0164]对于设置于镜板250的反射表面250a的挡板272和276,挡板与光检测器280之间的位置关系是重点。相比之下，镜板250是盘状，因此能够被以相对于半球部的任何位置关系(角度)安装。鉴于此，镜板250优选地设置有用于确定关于半球部的相对位置关系的配置。作为这样的确定配置，可以采用任何配置。通过示例，可以采用如图13所示的构造。
[0165]图13是用于根据第二实施方式的光学测量系统200的镜板250的平面图。参见图13，镜板250具有盘的形状，该盘具有比安装有镜板的半球部的截面的直径大一定程度的直径。为了确定镜板250相对于半球部的位置，沿着镜板的外周的一部分形成有凹口 254和256。在将镜板安装至半球部时，这些凹口 254和256分别与设置于半球部的突起(未示出)接合。因此，即使使用者不具有关于本实施方式的光学测量系统200的深度认识，使用者也能够利用图12C中示出的使用形式。
[0166]e2:变型
[0167]根据本实施方式的镜板250可以适于任何积分球。例如，一些大型的积分球被构造成使得积分球能够被沿着竖直面分成两部分。同样在这样的情况中，镜板250可以被安装至一个半球部以执行与半球光度计类似的测量。
[0168]图14A和图14B均是示出了根据第二实施方式的第一变型的光学测量系统200A的构造的示意图。图14A中示出的光学测量系统200A被构造成使得一对半球部能够沿着水平方向滑动。同样在这样的光学测量系统200A中，如图14B所示，镜板250可以被安装至一个半球部以允许系统起到半球光度计的作用。
[0169]如图14B所示的使用形式适于对用于沿着水平方向发射光的光源的测量，例如对车辆用头灯的总光通量的测量。
[0170]e3:优点
[0171]根据上述第二实施方式，即使当使用包括现有积分球的光学测量系统200时，也能够安装镜板250以测量试样光源OBJ的总光通量，而没有因支撑构件的光的吸收引起的测量误差以及因标准光源与试样光源之间在发光强度分布上的差异引起的测量误差。因此，甚至在由于例如经济原因而未准备新的半球光度计的情况中，也能够以与使用了半球光度计的情况中的精度类似的精度测量总光通量。
[0172]〈F.处理程序〉
[0173]接下来将给出当用根据第一实施方式和第二实施方式的光学测量系统测量试样光源OBJ的总光通量时所遵循的处理程序的说明。图15是示出用根据实施方式的光学测量系统测量试样光源OBJ的总光通量所遵循的处理程序的流程图。
[0174]参见图15，使用者首先将标准光源STD安装至支撑构件(步骤S100)。这里假设从标准光源STD发射出的总光通量是标准光通量PHYst。在使用第一实施方式的光学测量系统100的情况中，将标准光源STD以图6A所示姿态安装支撑构件120。在使用第二实施方式的光学测量系统200的情况中，将标准光源STD以图12C所示姿态安装至支撑构件260。随后，点亮标准光源STD (步骤S102)，并且用光检测器检测积分球的观察窗132处的照度(步骤S104)。将用光检测器检测到的照度(输出值ist)与标准光通量PHYst相关联并将其存储起来(步骤S106)。通过从步骤S102至步骤S106的处理，完成借助于标准光源STD的校准处理。注意，在该校准处理中还可以执行本文下面将说明的用于校正自身吸收的处理。
[0175]随后，计算试样光源OBJ的自身吸收校正系数。
[0176]具体地，使用者使标准光源STD熄灭(步骤S108)。即，使标准光源STD处于不发光的状态。
[0177]随后，点亮辅助光源(步骤S110)，并且用光检测器检测积分球的观察窗132处的照度(步骤S112)。将用光检测器检测到的照度(输出值iO)存储起来(步骤S114)。该输出值iO与处于涉及到标准光源STD的自身吸收的状态下的测量值对应。
[0178]使用者接着从支撑构件拆下标准光源STD并将试样光源OBJ安装至支撑构件(步骤S116)。在使用第一实施方式的光学测量系统100的情况中，以图6A所示姿态将试样光源OBJ安装至支撑构件120。在使用第二实施方式的光学测量系统200的情况中，以图12C所示姿态将试样光源OBJ安装至支撑构件260。随后，点亮辅助光源(步骤S118)，并且用光检测器检测积分球的观察窗132处的照度(步骤S120)。将用光检测器检测到的照度(输出值il)存储起来(步骤S122)。该输出值il与处于涉及到试样光源OBJ的自身吸收的状态下的测量值对应。
[0179]此外，用输出值il除以输出值iO以计算关于试样光源OBJ的自身吸收校正系数ALPHA (步骤 S124)。
[0180]以该方式，完成了计算关于试样光源OBJ的自身吸收纠正系数的处理。该自身吸收校正系数ALPHA意味着在点亮辅助光源274的同时使标准光源STD处于不发光状态的条件下检测到的照度与在点亮辅助光源274的同时使试样光源OBJ处于不发光状态的条件下检测到的照度之间的比率。
[0181]随后，使辅助光源熄灭(不发光状态)，点亮试样光源OBJ (步骤S126)，并且用光检测器检测积分球的观察窗132处的照度(步骤S128)。将用光检测器检测到的照度(输出值id)存储起来(步骤S130)。
[0182]最后，基于标准光源STD的标准光通量PHYst和对应的输出值ist、自身吸收纠正系数ALPHA以及输出值id，计算试样光源OBJ的总光通量(步骤S132)。
[0183]可以根据需要在任何时刻和/或以任何顺序获得和/或计算出与标准光源STD对应的输出值ist和/或自身吸收纠正系数ALPHA。例如，如果必须测量相同类型的多个试样光源OBJ，则可以首先计算出与标准光源STD对应的输出值ist和自身吸收纠正系数ALPHA，并且可以重复使用这些计算结果。
[0184]〈G.其他实施方式〉
[0185]根据上述第一实施方式和第二实施方式的光学测量系统均可以通过改进现有的光学测量系统实现。因此，显而易见的是本发明的范围也包含这样的改进了的光学测量系统。
[0186]应该理解的是，此处公开的实施方式在所有方面都是为了说明，而不是为了限制。本发明的范围旨在由权利要求而不是由以上说明来限制，并且包含在含义和范围上等同于权利要求的变型和变化。
[0187]附图标记列表
[0188]2半球光度计；
[0189]10、110、210 积分球；
[0190]10a、50a、60a、110a、210a、250a 反射表面；
[0191]12,180,280 光检测器；
[0192]14、136、146、148、236、272、276 挡板；
[0193]16、20、120、120A、120B、220、260 支撑构件；
[0194]50半球部；[0195]60、250镜板；
[0196]100、100A、100B、100C、100D、100E、200、200A 光学测量系统；
[0197]118,218铰链；
[0198]122第一构件；
[0199]124第二构件；
[0200]126、138、226、238 固定构件；
[0201]132,232观察窗；
[0202]134、234光纤；
[0203]142、242、278辅助光源窗；
[0204]144、244、274辅助光源；
[0205]254、256凹口；
[0206]OBJ试样光源；
[0207]STD标准光源
【权利要求】
1.一种光学测量系统，其包括: 积分球，其具有第一窗并且在该积分球的内壁上具有反射表面； 支撑构件，其用于将光源支撑在所述积分球的大致中央位置处；和 第一挡板，其配置在连接所述第一窗和由所述支撑构件支撑的所述光源的直线上， 所述支撑构件在相对于所述光源与所述第一窗相反的区域内被连接至所述积分球的内壁。
2.根据权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于，所述光学测量系统进一步包括被连接至所述第一窗的光检测器。
3.根据权利要求2所述的光学测量系统，其特征在于， 所述第一挡板被配置成使得所述支撑构件在所述光检测器的通过所述第一窗形成的视野的范围之外。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学测量系统，其特征在于， 所述积分球具有形成在与所述第一窗不同的位置处的第二窗，并且来自辅助光源的光通过所述第二窗被引导到所述积分球内，并且 所述光学测量系统进一步包括与从所述第二窗引导到所述积分球内的来自所述辅助光源的光相关联的第二挡板。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学测量系统，其特征在于， 所述积分球包括以使得第一半球部和第二半球部能够开闭的方式联接到一起的所述第一半球部和所述第二半球部 。
6.一种光学测量方法，其包括如下步骤: 将由支撑构件支撑的光源配置在积分球的大致中央位置处，所述积分球在该积分球的内壁上具有反射表面；和 检测来自所述光源的、通过了形成于所述积分球的第一窗的光， 将第一挡板配置在连接所述第一窗和由所述支撑构件支撑的所述光源的直线上，并且将所述支撑构件在相对于所述光源与所述第一窗相反的区域内连接至所述积分球的内壁。
7.一种光学测量系统，其包括: 第一半球部和第二半球部，该两个半球部在各自的内壁上具有各自的反射表面并且以使得所述第一半球部和所述第二半球部能够开闭的方式联接到一起； 第一支撑构件，其用于在所述第一半球部和所述第二半球部闭合的状态下将位于由所述第一半球部和所述第二半球部形成的球体内的大致中央位置处的光源点亮； 盘状镜板，其在所述第一半球部和所述第二半球部打开的状态下能够被安装成覆盖所述第一半球部的开口，所述镜板具有面对所述第一半球部的反射表面； 第二支撑构件，其用于在所述镜板被安装至所述第一半球部的状态下将露在由所述第一半球部和所述镜板形成的半球体内的光源点亮；和 光检测器，其用于检测来自光源的、通过了形成于所述第一半球部的窗的光。
8.一种光学测量系统用的镜板，所述光学测量系统包括第一半球部和第二半球部，该两个半球部在各自的内壁上具有各自的反射表面并且以使得所述第一半球部和所述第二半球部能够开闭的方式联接到一起，所述镜板在所述第一半球部和所述第二半球部打开的状态下能够被安装成覆盖所述第一半球部的开口，所述镜板包括: 面对所述第一半球部的反射表面；和 支撑构件，该支撑构件用于在所述镜板被安装至所述第一半球部的状态下将露在由所述第一半球部和所述镜板 形成的半球体内的光源点亮。
【文档编号】G01J1/00GK103477196SQ201180069806
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2011年10月13日 优先权日:2011年10月13日
【发明者】大久保和明, 格雷格·麦基 申请人:大塚电子株式会社, 蓝菲光学有限公司