[发明专利]面光源虚像距测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种面光源虚像距测量装置及其方法。

背景技术

光源是光学领域中最常用的设备之一，在一些特殊的照明光学系统中，光源对整个系统而言不能仅仅简单地视为点光源。实际应用中的面光源被光学系统在远距离处成一定大小的虚光源，以满足整个光学系统对出光角度和照度等设计要求。在这种光学系统中，经过光学系统发出的光束的口径大，在子午和弧矢两个方向上有不同的出光角度，且子午方向上的出光角度很小，整个光束的虚像距较远，造成对光束的识别比较困难。因此，虚像距的测量对整个光学系统的分析有着重要作用。目前，传统的虚像距测量是通过一个大的反射镜将光源发出的出射光束成像，从而测出虚光源经过反射镜后的成像位置，然后根据反射球面成像公式计算求出虚光源位置。但是实际面光源经过光学系统之后，在光学系统后方远距离处成放大的虚像即虚光源，虚光源的结构和体积都较大，当用反射镜测量时，成像光斑的边界较为模糊，选取最小光斑时具有相当大的不确定性，测量出的像距误差较大，难以保证其测量精度，导致计算出来的虚像距的误差较大。且这种测量方法所采用的测量装置具有价格昂贵、使用条件要求较高、移动性较差等缺点。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种精确测量虚像距的面光源虚像距测量装置及其方法。

本发明提供了一种面光源虚像距测量装置，设置在由面光源发出的光束经过改变光线传播方向的透镜系统后具有一定出光角度的出光角光束的光路上，其特征在于，包括:聚焦物镜，用于接收出光角光束并对接收到的出光角光束进行成像，设置在透镜系统的出口处，聚焦物镜的像方焦距值是聚焦物镜直径值的十倍以上；遮光板，设置在聚焦物镜表面上，包含关于聚焦物镜的中心相对称的两条细缝；以及接收显像屏，用于接收出光角光束通过遮光板和聚焦物镜后形成的光带从而显像出光斑，设置在聚焦物镜背离面光源的一侧，其中，聚焦物镜的直径大于透镜系统的出口口径，接收显像屏的直径大于聚焦物镜的直径。

在本发明所提供的面光源虚像距测量装置中，还具有这样的特征，还包括：导轨，设置在接收显像屏与聚焦物镜之间，用于调节固定接收显像屏与聚焦物镜之间的距离，接收显像屏设置在导轨上。

另外，本发明还提供一种使用如权利要求1中的面光源虚像距测量装置的面光源虚像距测量方法，将面光源虚像距测量装置设置在由面光源发出的光束经过改变光线传播方向的透镜系统后具有一定出光角度的出光角光束的光路上，其特征在于，包括：测定第一光带位置步骤，调节接收显像屏与聚焦物镜之间的距离，使接收显像屏得到清晰的两明一暗的第一光斑图像，记录该第一光斑图像形成时接收显像屏所在的第一光带位置，测得聚焦物镜与第一光带位置之间的距离为l₁，以及标记第一光斑图像在接收显像屏上的第一光斑位置；测定第二光带位置步骤，继续移动接收显像屏，使接收显像屏得到与第一光斑图像效果相同的第二光斑图像，记录该第二光斑图像形成时接收显像屏所在的第二光带位置，以及测得第一光带位置与第二光带位置之间的距离为x₁；计算虚像距步骤，虚像距是沿出光角光束传播的相反方向汇聚得到的虚光源到透镜系统的出口之间的距离，根据聚焦物镜的物方焦点到聚焦物镜的物方主点与其像方焦点到聚焦物镜的像方主点的乘积等于物到物方焦点的距离与像到像方焦点的距离的乘积即牛顿公式，虚像距s，推导出虚像距计算公式s＝ff'/(x₁/2+l₁-f')-f'+d，将已知的聚焦物镜的物方焦距f、像方焦距f'、透镜系统的出口到聚焦物镜的距离d、接收显像屏与聚焦物镜之间的距离为l₁和第一光带位置与第二光带位置之间的距离x₁代入该虚像距计算公式，计算得到虚像距s。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的面光源虚像距测量装置及其方法，面光源发出的光束经过透镜系统后形成出光角光束，出光角光束通过面光源虚像距测量装置后，接收显像屏上接收到光带显出该光带的光斑图像，使得接收显像屏上形成相同效果的光斑图像，两次相同效果即位置光亮程度相同的光斑对称的位置被记录，能够更准确的得到像到像方焦点的距离，代入虚像距计算公式，计算得出更精确的虚像距，从而能够提高面光源的虚像距测量的准确度。基于面光源虚像距测量装置的面光源虚像距测量方法具有测得的虚像距准确度高的优点。

附图说明

图1 是本发明实施例中的面光源虚像距测量装置的结构示意图；

图2 是本发明实施例中的面光源虚像距测量装置遮光板平面示意图；