[实用新型]一种测量物体表面双向反射分布的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量表面双向反射分布的装置，利用抛物面反射镜改变光传播方向并通过阵列式探测器测量表面散射光场分布的领域。

背景技术

物体表面散射光场的空间分布可以用双向反射分布函数(BRDF)描述。BRDF纪录了物体表面对不同方向的入射光在各个角度的反射分布，是一个多元函数，测量过程复杂。

现有的双向反射分布函数测量装置主要有两类：一类是利用一个或多个光电探测器在待测样品表面上方作二维或一维机械式扫描，逐点探测各个观测角度的辐射量，如M.Barilli和A.Mazzoni的论文《An equipment for measuring 3D bi-directionalscattering distribution function of black painted and differently machined surfaces》(Proc.ofSPIE，59620L，2005)；另一类是利用成像装置将各个角度处的辐射量分布成像到阵列式探测器上，再通过图像处理得到散射光强分布值，如Kristin J Dana等的论文《Devicefor convenient measurement of spatially varying bidirecional reflectance》(J.Opt.Soc.Am.A/Vol.21，No.1，2004)及我们申请的专利《一种测量辐射和散射光场三维分布的装置》(申请号：200810017361.1，公开号：CN101285703)。

第一类装置中，探测器响应范围较大，配合后续电路可以实现任意角度处反射辐射通量的精确测量，其缺点是耗时多，虽然采用计算机控制自动扫描测量可以提高测量速度，但仍不能实现实时的在线测量，且测量过程中容易因光源输出功率及探测器响应度变化而受到影响，重复性较差。

第二类装置中，各个角度的散射光通量由光学成像和图像采集的方法获取，可以实现在短时间内同时测量空间各个角度的光通量分布，因此测量结果比较稳定，重复性好。但是CCD等图像采集器件多为平面阵列结构，要实现对散射到整个半空间的各个方向光信号的采集，需要适合的装置对光线方向进行变换。Kristin J Dana等采用离轴抛物面镜，将散射到不同方向的光线反射到同一方向并通过CCD相机进行纪录，但只能接收半球空间中某一立体角范围内的散射光。另外，该方法需要在实验室中进行，且只能对一定尺寸的样品表面进行测量，限制了移动性强的野外测量及大目标表面的测量。在我们申请的专利《一种测量辐射和散射光场三维分布的装置》(申请号：200810017361.1，公开号：CN101285703)中，采用光纤束传输表面散射光，实现球面空间反射分布到平面的转换。但该方法有一些缺陷：测量精度受所用光纤直径大小的影响；光纤端面的反射会返回到待测样品表面进而干扰测量结果；装置的制造工艺比较复杂；采用光纤导入的光入射方式难以实现入射角的连续变化，且影响到后向散射的测量。

可见目前测量表面双向反射分布的装置的问题主要有：1.不能在较短的时间内完成表面双向反射分布测量.2.重复性误差较大.3.不能实现包括后向散射在内的整个半球空间双向反射分布的精确测量.4.无法避免回射光干扰测量.5.不能方便进行在线测量及大目标表面测量.6.装置制造工艺复杂.

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种测量物体表面双向反射分布的装置，能够在较短的时间内完成表面双向反射分布测量。

技术方案

本实用新型方法特征在于包括分束镜4、半抛物面反射镜10、光源装置和成像装置；半抛物面反射镜10置于样品11的被测表面，光源装置置于半抛物面反射镜10中心的主轴1的一侧，且与半抛物面反射镜10的内抛面相对；成像装置置于与主轴1相交且垂直的轴8上，且位于光源装置的光轴上方；在光源装置于半抛物面反射镜10中间设置分束镜4且分束镜4的镜面与光轴成45°角；所述的光源装置由光源3、半圆形光源座2和滑轨12组成，滑轨12的半径为抛物面镜10焦距的两倍且镶嵌在半圆形光源座2的上部边缘，光源3安装在半圆弧滑轨上且光轴平行于主轴1；所述分束镜4为一半镀银镜；所述的半抛物面反射镜10内表面为反射镀层，抛物面口径大于四倍焦距。

所述的成像装置包括面阵CCD 9、透镜5、透镜7和光阑6；光阑6位于透镜5和透镜7的公共焦点处，透镜7后置面阵CCD 9。

所述的光源3采用半导体激光器或其他准直白光光源。

所述的光阑6表面为黑色吸光材料。