基于光纤阵列的光辐射及表面散射分布测量系统

• 作 者: 任驹 赵建林
• 机 构: 西北工业大学理学院光信息科学与技术研究所,陕西省光信息技术重点实验室,西安710072
• 出 处: 2008年全国博士生学术会议(光学测试新理论、新技术)
• 发表日期: 2008年7期
• 关键词: 光辐射 表面散射分布测量 双向反射分布函数 双向透射分布函数 光纤阵列 光源辐射光强

光源辐射光强的角分布是描述光源辐射空间特性和决定光照效果的一个关键因素,在照明设计和显示工程等领域的研究工作,尤其是在LED光源光强分布及平板显示器的视角特性研究中,光辐射空间分布的测量是一个重要的环节。物体表面光反射及透射特性的研究对于目标识别、特性提取、表面检测及计算机图形学等领域具有非常重要的意义,物体表面对入射光散射的空间特性可以由双向散射分布函数(BSDF)描述。
在深入分析光辐射及表面散射空间分布测量原理的基础上设计了一套利用光纤阵列传输光束结合CCD采集光信号的测量系统,适用于测量LED光源光强角分布、平板显示器的视角特性以及不同的物体表面反射和透射空间分布特性。该系统采用均匀分布干一个半球面上的多根光纤组成的阵列将球心处光源辐射的光或物体表面散射的光在三维空间中的角分布转换为同一平面上的二维图像,该图像的每一个像素对应于辐射或散射的某一空间角度,整幅图像描述了半球空间各个角度处的光照特性。利用阵列光探测器件CCD相机采集光纤端面所形成的二维图像并进行相应的数据处理,实现对光源辐射光强角分布及物体表面双向散射空间分布的快速测量。在测量表面散射分布时,利用光纤将激光传输到物体表面待测点并通过光纤的弯曲角度实现不同的入射角度。通过采用与标准漫反射板的反射分布进行对比的样本比值法避免了由于光纤弯曲差异等因素所造成的系统误差。在测量镜向反射比较强的表面样品反射分布时,采用不同的曝光时间以获得相差一定倍数的测量结果并将其合成为一幅图像,避免了由于CCD动态范围的限制所造成的镜向峰饱和及漫射淹没现象。利用该测量系统对几种LED光源的光强角分布和液晶显示器的视角特性以及不同材质、不同加工工艺的物体表面的激光透射和反射分布进行了测量和分析。该测量系统可以在同一瞬时获得空间多个角度方向的辐射、反射或透射光分布,相比传统的逐点扫描式测量系统,在提高测量速度的同时避免了由于光源功率的起伏和探测器响应度的涨落所引起的测量误差。