[发明专利]连续光谱双向透射分布函数测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别涉及一种连续光谱双向透射分布函数测量装置。

背景技术

双向透射分布函数(Bidirectional transmission Distribution Function，简称BTDF)是从辐射度学出发、在几何光学的基础上描述各种材料光谱透射特性的物理量。它表示了不同入射角条件下材料在任意观测角的透射特性，参照图1。

双向透射分布函数是描述材料透射特性的具有唯一确定性的函数，该函数定义为某一透射方向上的透射辐亮度与入射到材料表面的入射辐照度的比值，其数学表达式为：

式中θ_i——入射天顶角；

——入射方位角；

θ_t——透射天顶角；

——透射方位角；

——光源照射材料表面后沿方向透射的光谱辐亮度，单位为W/(m²·sr·μm)；

——光源沿方向入射到材料表面的光谱辐照度，单位为W/(m²·μmm)。

双向透射分布函数是入射光的波长λ、入射天顶角θ_i、入射方位角透射天顶角θ_t和透射方位角的函数，它由材料的密度、折射率、厚度等因素决定。

在计算机图形学领域，双向透射分布函数用来描述透明、半透明物体材料的透射特性，基于双向透射分布函数可以精确地实现透明、半透明目标的三维建模。在光学系统设计与加工领域，双向透射分布函数是评价光学元件、光学薄膜等光学性能的重要参数。日常生活中也会充分利用材质的双向透射特性，如毛玻璃门窗，可以发散物体发出的光，达到光线均化、模糊成像的效果。工业生产领域，涉及众多元件光学双向透射特性的计算或测量，如LCD液晶显示器的液晶面板、玻璃幕墙等。

双向透射分布函数通常是通过测量实验获得。根据目前可检索的文献，亚利桑那光学中心于1982年最早开展了BTDF测量研究。采用632.8nm，3.391μm，10.6μm的激光器作为光源，测量获得了3个波长的BTDF数据。受光源限制，无法获得连续光谱双向透射分布函数的测量数据。2007年麻省理工学院搭建了角度测量装置，采用数字相机作为数据采集系统获得了材料双向透射分布函数的测量数据。测量谱段范围为380~1700μm，测量角范围为天顶角10~80°，方位角0~315°，由于相机具有一定尺寸，使得测量角度受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前获得双向透射分布函数的装置测量精度低的问题，本发明提供一种连续光谱双向透射分布函数测量装置。

本发明的连续光谱双向透射分布函数测量装置，它包括照明系统、探测系统、机械转角系统、控制系统和数据处理系统；

照明系统的照明光纤探头固定安装在机械转角系统的照明光纤探头的轨道上，照明系统的光源信号输出端与数据处理系统的光源信号输入端连接，探测系统的探测光纤探头固定安装在机械转角系统的探测光纤探头的轨道上，探测系统的测量信号输出端与数据处理系统的测量信号输入端连接，控制系统的旋转控制信号输出端与探测系统的旋转制信号输入端连接。

本发明的有益效果为：本发明是一种装置简单、操作方便的并能快速测量连续光谱双向透射分布函数的装置。控制及数据处理系统自动控制机械转角系统，提高了测量时角度旋转的速度和精度，步进角为0.36°，精度为步进角的1.5%。被测样品的入射辐射照度由控制系统通过照明系统进行测量，测量结果输出给数据处理系统，被测样品的透射辐射亮度由控制系统通过探测系统进行测量，测量结果输出给数据处理系统，控制系统自动控制整个测量过程，使得测量操作起来更加简便，同时也提高测量精度、节省了测量时间。

附图说明

图1为不同入射角条件下材料在任意观测角的透射特性示意图。

图2为本发明所述的连续光谱双向透射分布函数测量装置的整体结构示意图。

图3为本发明所述的连续光谱双向透射分布函数测量装置的电气原理图。

图4为本发明所述的连续光谱双向透射分布函数测量装置的照明系统的结构示意图。

图5为本发明所述的连续光谱双向透射分布函数测量装置的探测系统的结构示意图。

图6为本发明所述的连续光谱双向透射分布函数测量装置的机械转角系统的结构示意图。

具体实施方式