一种积分球装置

文档序号:1950609 发布日期:2021-12-10 浏览:10次 >En<

阅读说明:本技术 一种积分球装置 (Integrating sphere device ) 是由 杨武 章军 于 2021-08-27 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种积分球装置,包括第一球体、第二球体、单色仪、伸缩光筒、光阑和支撑组件,在第一球体和第二球体之间还设有用于调节光线强度的光学狭缝,光学狭缝的一端对接于进光口,另一端对接于入光口,测试光源的光线从进光口出射经过光学狭缝,从入光口进入第一球体,再依次经过光阑、伸缩光筒进入单色仪,光线经单色仪转换成单色光出射。不仅能够在出光口得到照度均匀的单色光,还能够通过调节入射光阑的大小,改变出射光的大小,同时出射光在各个波长强度是等比例变化的。(The invention discloses an integrating sphere device, which comprises a first sphere, a second sphere, a monochromator, a telescopic light tube, a diaphragm and a supporting component, wherein an optical slit for adjusting the light intensity is also arranged between the first sphere and the second sphere, one end of the optical slit is in butt joint with a light inlet, the other end of the optical slit is in butt joint with the light inlet, light of a test light source is emitted from the light inlet, passes through the optical slit, enters the first sphere from the light inlet, sequentially passes through the diaphragm and the telescopic light tube, enters the monochromator, and is converted into monochromatic light to be emitted through the monochromator. Monochromatic light with uniform illumination can be obtained at the light outlet, the size of emergent light can be changed by adjusting the size of the incident diaphragm, and meanwhile, the intensity of the emergent light at each wavelength is changed in an equal proportion.)

一种积分球装置

技术领域

本发明属于积分球领域,具体涉及一种积分球装置。

背景技术

现有技术中积分球多应用于测试光源的光通量,色温,光效等参数,且 积分球以其操作方便简单、设备安全可靠等优点,得到了广泛的应用,可通 过积分球可组成各式各样的积分球测光系统。

但现有技术中,光源的照度调节困难,对于光源出射的光线的强度难以 控制,精准性差,且一般积分球内存在的遮光板这类型机构会导致出光均匀 性差。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提出一种积分球装置,能够将光源出射的 不均匀的光线转化为均匀的光源,能够使光线的强度进行线性调节。

为实现上述目的,本发明提供一种积分球装置,包括:第一球体,包括 相对设置的第一半球和第二半球,第一半球设有入光口,第二半球设有出光 口,入光口和出光口平行;第二球体,固定连接在第一半球外侧,第二球体 包括一用于安装测试光源的腔体和进光口,进光口靠近第一半球设置,进光 口和入光口平行;单色仪,用于将测试光源出射的光转换成单色光出射;伸 缩光筒,其长度可调,且连接于第一球体和单色仪,设置在第一球体和单色 仪之间;光阑,设置在出光口和伸缩光筒之间,用于限制从出光口出射的光 线,通过调节光阑的直径,能够改变出光口出射至伸缩光筒的光线强度;支 撑组件,用于为单色仪和第二球体提供支撑,使单色仪的导光口与出光口高 度保持一致。在第一球体和第二球体之间还设有用于调节光线强度的光学狭 缝,光学狭缝的一端对接于进光口,另一端对接于入光口,测试光源的光线 从进光口出射经过光学狭缝,从入光口进入第一球体,光线经第一球体后被 转化呈均匀的光线,均匀的光线再依次经过光阑、伸缩光筒进入单色仪,光 线经单色仪转换成单色光出射。

进一步的,积分球装置能够通过改变光学狭缝的宽度,对测试光源出射 光线的强度进行调节。

进一步的,光学狭缝的宽度大于等于0mm且小于等于50mm。

进一步的,第一球体上还设置有用于安装光度探测器的安装接口,通过 光度探测器可以实时获取第一球体内的照度值,根据照度值以确定从第一球 体出射光线的强度。

进一步的,第一球体的直径与第二球体的直径之比大于且等于3,第一 球体与出光口的半径之比小于且等于5。

进一步的,第一球体的直径与第二球体的直径之比为10:3。

进一步的,支撑组件包括:第一升降台,与第一球体连接,设置在第一 球体下方且为第一球体提供支撑,通过第一升降台能够调节第一球体的高度; 第二升降台,与单色仪连接,设置在单色仪下方且为单色仪提供支撑,通过 第二升降台能够调节单色仪的高度;光学平台,光学平台用于搭载第一升降 台和第二升降台,使第一升降台的底面和第二升降台的底面始终处于同一水 平高度。

进一步的,光阑可调的直径大于等于5mm且小于等于105mm。

进一步的,积分球装置还包括滤光片轮,其设置在伸缩光筒与导光口之 间,用于将进入单色仪的光线波段进行划分并滤除。

进一步的,积分球装置还包括控制装置,控制装置与光学狭缝连接,控 制装置能够驱动光学狭缝并对光学狭缝的宽度进行调节,使测试光源出射的 光线在光学狭缝的调节过程中呈线性变化。

与现有技术相比,本发明的益处有:通过双球体的模式,将测试光源不 均匀的光线转化成均匀的光线,在本发明中测试光源的安装位置也更加合理, 能够对测试光源产生的热量进行散热。另外,不仅能够精确调节测试光源出 射的光线的强度,使光线的强度调节呈线性变化,同时还可以调节均匀的光 线的强度,对同一光路中对光线的强度进行二次调节,使出射的光线在各个 波长的强度是等比例变化的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解。在附图中:

图1是积分球装置的结构示意图;

图2是部分积分球装置的结构俯视图;

图3是第二球体的局部放大图;

图4是控制模块结构连接示意图;

100:积分球装置;11:第一球体;12:第二球体;13:单色仪;14:伸 缩光筒;15:光阑;16:支撑组件;17:滤光片轮;18:光学狭缝;19:光 度探测器;21:控制模块;111:第一半球;112:第二半球;113:安装接口; 121:光源安装座;121a:散热结构;141:第一光筒;142:第二光筒;161: 第一升降台;162:第二升降台;163:光学平台;211:显示器;212:工控 机;213:驱动器。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述,但这些实 施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的 结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

图1示出了一种积分球装置100,包括:第一球体11、第二球体12、单 色仪13、伸缩光筒14、光阑15、支撑组件16、滤光片轮17、光学狭缝18 和光度探测器19。作为一种实现方式,如图2所示,第一球体11包括相对 设置的第一半球111和第二半球112,第一半球111设有入光口,第二半球 112设有出光口,入光口和出光口平行。第二球体12固定连接在第一半球111 外侧,第二球体12包括一用于安装测试光源的腔体和进光口,进光口靠近第 一半球111设置,进光口和入光口平行。单色仪13用于将测试光源出射的光 转换成单色光出射。伸缩光筒14的长度可调,且伸缩光筒14连接于第一球 体11和单色仪13,设置在第一球体11和单色仪13之间。光阑15设置在出 光口和伸缩光筒14之间,用于限制从出光口出射的光线,通过调节光阑15 的直径,能够改变出光口出射至伸缩光筒14的光线强度。支撑组件16用于为单色仪13和第二球体12提供支撑,使单色仪13的导光口与出光口高度保 持一致。滤光片轮17设置在伸缩光筒14与单色仪13的导光口之间,滤光片 轮17用于将进入单色仪13的光线的波段进行划分并滤除。光学狭缝18设置 在第一球体11和第二球体12之间,光学狭缝18的一端与第一球体11连接, 另一端与第二球体12连接。光学狭缝18用于调节测试光源的光线强度,光 学狭缝18对接于进光口和入光口,测试光源出射的光线从进光口出射经过光学狭缝18,从入光口进入第一球体11,再依次经过光阑15、伸缩光筒14进 入单色仪13,光线经单色仪13转换成单色光出射。

作为一种可选的实现方式,第一半球111和第二半球112固定连接构成 一腔室,在腔室内设有一层漫反射涂层,漫反射涂层均匀分布在腔室的内壁 上,漫反射涂层用于将点光源转换成面光源,经过光学狭缝18调节后的光线 进入第一球体11内,由第一球体11再次分配后从第一球体11的出光口射出, 使进入单色仪13的光线为均匀的平行光。在此实现方式中,漫反射涂层可以 是由包括硫酸钡的原料制成,使其具有更好的化学稳定性。测试光源出射的光 线,进入第一球体11的腔室内部,在漫反射涂层不断反射,使光线均匀化, 以达提高光效的目的,同时还可消除炫光或光斑。如图2所示,在第一球体 11上还设置有用于安装光度探测器19的安装接口113,使用者可通过光度探 测器19实时获取第一球体11内的照度值,根据照度值以确定从第一球体11 出射光线的强度。作为一种实现方式,安装接口113设置在第一半球111的 表面,光度探测器19通过螺栓与安装接口113固定连接。

作为一种实现方式,第二球体12通过螺栓与第一球体11固定连接,第 二球体12且靠近于第一半球111设置。如图3所示,在第二球体12上还设 置有用于安装测试光源的光源安装座121,光源安装座121与第二球体12的 腔体固定连接,光源安装座121与进光口垂直设置,测试光源通过光源安装 座121固定在腔体中央。光源安装座121还设置有散热结构121a,散热结构 121a分布在光源安装座121上的散热片,散热片从上至下以预设的间隔进行 排列,散热片之间构成散热槽,测试光源发光产生的热量由光源安装座121 传导至散热片上,散热片能够快速导热,环境空气与散热片接触,将散热片 上的热量带走,有效降低测试光源所处区域的温度,同时环境空气流经散热 槽,还可以进一步增加散热面积,带走光源安装座121上的热量,从而降低 测试光源的温度。此种散热结构121a的设置方式可增大光源安装座121的散 热面积,在于扩大环境空气与光源安装座121的接触面积,提高光源安装座 121的散热效率。在本实施例中,光源安装座121为测试光源提供安装位置, 使测试光源可固定在第二球体12的腔体内,具有很好的稳定性,同时还可以 为测试光源进行散热降温,将测试光源产生的热量经由光源安装座121传导 至环境空气中,避免腔体内的温度过高对其他器件造成损坏。

作为一种实现方式,光学狭缝18是一种可调节的狭缝,使用者能够通过 改变光学狭缝18的宽度,对测试光源出射光线的强度进行调节。进一步的, 光学狭缝18的宽度大于等于0mm且小于等于50mm,由于第一球体11内光线 的照度值根据光线通量的改变而改变,使用者可根据光度探测器19反馈的照 度值,对光学狭缝18的宽度进行调节,可改变从入光口进入的光线的通量, 进而改变进入的光线的强度,使用者可通过光度探测器19的反馈的照度值, 对光学狭缝18的宽度进行不断的调整,以获得所需光线强度。光学狭缝18 可由电机控制进行驱动调节,使光学狭缝18的宽度呈线性变化,与电机的转 速线性相关,在光度探测器19上探测的照度值也为线性变化,可有效简化调 节的操作,并降低操作难度,同时具有更高的精确度和准确率,此种实现方 式使得测试光源输入至第一球体11内的光线的强度可调,使用者可根据测量 的需求进行对光线的强度调节。

在本实施例中,第一球体11的直径与第二球体12的直径之比大于且等 于3。作为一种实现方式,本申请中第一球体11的直径设置为500mm,第二 球体12的直径设置为150mm,第一球体11的直径与第二球体12的直径之比 为10:3,由于光学狭缝19连接于第一球体11和第二球体12,此种设置第 一球体11的入光口与第二球体12的进光口能够达到一定的光通量,且使光 学狭缝19具备较宽的调节范围,进而使测试光源出射的光线的强度也具备较 宽的调节范围,能够适应使用者的使用需求。在本实施例中,第一球体11 与出光口的半径之比小于且等于5,此种设置保证了从出光口出射的光线通 量,并且能够有效提高光线在出光口的均匀性,经过测试,在出光口处光线 的照度值能够达到3000lx,在出光口处中心的区域范围内均匀性可达98%。 且此种设置还能够确保出光口具有足够的横截面积以安装光阑15。此种设置 下光阑15可调的直径大于等于5mm且小于等于105mm,光阑15可具备更大 的可调范围,使用者可通过光阑15对从出光口出射的光线的强度进行二次调节,使从第一球体11出射的光线的强度可调。

伸缩光筒14包括第一光筒141和第二光筒142,第一光筒141的至少部 分与第二光筒142连接,第一光筒141的一端设置在第二半球112的出光口 处,且与光阑15连接,第二光筒142的一端连接于滤光片轮17。需要说明 的是,第二光筒142的孔径小于第一光筒141的孔径,第二光筒142可相对 于第一光筒141移动,进一步的,第二光筒142的至少部分外壁贴合于第一 光筒141的内壁,使第二光筒142可沿第一光筒141的内壁移动,从而使得 伸缩光筒14的长度可调,能够满足不同距离的光路传递。另外,第一光筒 141和第二光筒142可一体成型,能够减少生产成本。

作为一种实现方式,支撑组件16包括第一升降台161、第二升降台162 和光学平台163。参见图1,第一升降台161与第一球体11连接,设置在第 一球体11下方且为第一球体11提供支撑,通过第一升降台161能够调节第 一球体11的高度。第二升降台162与单色仪13连接,设置在单色仪13下方 且为单色仪13提供支撑,通过第二升降台162能够调节单色仪13的高度。 本申请中利用第一升降台161和第二升降台162,使第一球体11的出光口与 单色仪13的导光口相互平行,使两者的高度保持一致。光学平台163用于搭 载第一升降台161和第二升降台162,使第一升降台161的底面和第二升降 台162的底面始终处于同一水平高度。使用者可通过上述支撑组件16调整积 分球装置100的光路,使第一球体11与单色仪13的中心高度一致,可确保 光路的准确性。

滤光片轮17固定在单色仪13的导光口处,且与第一光筒141连接,从 第一光筒141传递的平行光经过滤光片轮17进行滤光,通过滤光片轮17将 进入单色仪13的光线波段进行划分并滤除。滤光片轮17包括有多个滤光片, 滤光片轮17能够相对于单色仪13转动,使用者根据测试需求选定滤光片进 行滤光,将选定的滤光片对接于单色仪13的导光口,能够将不需要的光线波 段进行滤除,使单色仪13可得到较宽范围的单色光。再由单色仪13对较宽 范围的单色光进一步滤除,可由单色仪13对光线波长进行改变,使从单色仪 13出射的光线波长更加准确,精度更高。作为一种实现方式,单色仪13采 用三光栅单色仪13,三光栅单色仪13具有更宽的光谱范围,得到的波长精 度更高,且波长重复性好。

作为一种实现方式,积分球装置100还包括控制模块21,控制模块21 可提供使用者全软件控制,易于操作和使用。如图4所示,控制模块21包括 显示器211、工控机212及驱动器213。显示器211与工控机212连接,并将 工控机212传输的数据进行显示。工控机212与驱动器213连接,且响应于 外部输入操作,使用者可通过工控机212控制驱动器213,工控机212还连 接于光度探测器19,可将光度探测器19探测的照度值进行处理,并传输至 显示器211进行显示,使用者可通过显示器211获取第一球体11内的实时照 度值。驱动器213与光学狭缝18连接,用于驱动光学狭缝18、以调整光学 狭缝18的宽度,作为一种实现方式,驱动器213与电机连接,利用驱动器 213驱动电机工作,并控制电机的转速,以调整光学狭缝18的宽度,使光学 狭缝18的宽度与电机的转速线性相关。

本发明的方案,通过双球体的模式,运用第一球体11将测试光源不均匀 的光线转化成均匀的光线,通过设置第二球体112,且在第二球体112上连 接光源安装座121,使测试光源的安装位置更加合理,还能够对测试光源进 行散热,将测试光源产生的热量传递到环境空气中。另外,通过光学狭缝18 不仅能够精确调节测试光源出射的光线的强度,使光线的强度调节呈线性变 化,同时还可以运用光阑15调节从第一球体11的出光口出射的均匀的光线 的强度,使得经过光阑的光线在各个波长的强度是等比例变化的。

在权利要求书中,词语“包括”不排除其他单元或步骤;词语“一”或 “一个”并不排除多个。在权利要求书中,使用诸如“第一”“第二”等序 数词来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素具有较另外一个 权利要求元素的优先级、次序或者动作执行的时间顺序,而仅仅出于将一个 权利要求的元素与另一个权利要求元素相区别的目的。尽管在互不相同的从 属权利要求中分别记载了某些特定技术特征,但这并不意味着这些特定技术 特征不能被组合利用。本发明的各个方面可单独、组合或者以未在前述实施 例中具体讨论的各种安排来使用,从而并不将其应用限于前文所描述或附图 中所示的组件的细节和排列。例如,可使用任何方式将一个实施例中描述的 多个方面与其他实施例中描述的多个方面组合。多个模块或单元中所记载的 步骤、功能或特征,可以由一个模块或一个单元执行或满足。权利要求中的 任何附图标记不应被解释为对权利要求范围的限制。

尽管为示例目的,已经公开了本发明的优选实施方式,但是本领域的普 通技术人员将意识到,在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和 精神的情况下,各种改进、增加以及取代是可能的。

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