[發明專利]一種新型模擬自然光雙向反射分布函數測試裝置

有效

• 申請號: 201811600516.4
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109490253B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 代京京;王智勇;劉豫穎;趙思思;張景豪
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;北京空間機電研究所
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/01
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 孫民興

本發明公開了一種新型模擬自然光雙向反射分布函數測試裝置，包括：測試光源、測試室和信號處理系統；測試光源包括鹵素燈光源和可見光超連續譜激光光源，鹵素燈光源經準直后的光束、可見光超連續譜激光光源的激光束經多層介質膜光柵后合為一合束光；合束光入射至測試室內的待測樣品上，經待測樣品散射后，散射光信號被測試室內的光電探測器接收，光電探測器輸出信號至信號處理系統進行處理，得到待測樣品的雙向反射分布函數。本發明可選擇被樣品吸收率較低的鹵素燈光源或可見光超連續譜激光光源作為測試光源，降低光學系統誤差；可見光超連續譜激光光源在測試時可直接照射到待測樣品上，無需進行準直，入射光照度光學系統誤差和測量值誤差較小。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，具體涉及一種新型模擬自然光雙向反射分布函數測試裝置。

背景技術

雙向反射分布函數(BRDF)是由美國學者Nicodemus于1970年提出，它表示了不同入射條件下物體表面在任意反射角的反射特性，如圖1所示。雙向反射分布函數是描述材料漫反射特性的重要函數，它是光輻射的反射幅亮度和入射輻照度的比值；BRDF用于測光照，而光照計算的時候是按照測試光源的發光功率來計算的；其數學表達式為：

其中θ_i,為入射光的入射角和方位角，θ_r,為反射光的反射角和方位角。L_r是測試面元dA經過照射后在θ_r,方向上的輻亮度；E_i是θ_i,方向上入射光產生的表面輻照度。f_r是沿著方向θ_r,出射的輻照亮度和與沿著入射方向θ_i,入射在被測樣品表面產生的輻射照度之比，雙向反射分布函數是入射角θ_i,反射角θ_r,和波長λ的函數，它由樣品表面粗糙度、介電常數、照射波長、偏振等因素決定。可見，測量樣品表面的雙向反射分布函數可以將入射到測試樣品表面的背景幅照度與樣品對背景輻射的漫反射亮度聯系起來，進而可以用來分析目標的光反射特性。

目前常用的BRDF測量裝置的測試光源多采用準直的可見光光源，使用可見光光源目的是模擬太陽光照射下物體的BRDF，該類可見光光源一般采用鹵素燈、LED燈等可見光波段自然光光源，由于該類光源發光面較大，光束發散，須經過聚焦準直系統后方可用于測試樣品。

采用準直的光源作為BRDF測試裝置的測試光源存在以下問題：

1、測試樣品對入射光某些波長光譜的吸收率較高以及準直光路中光學元件對光的反射、衍射等引起光亮度損耗，導致有系統誤差；

2、測量過程中由于LED燈或者鹵素燈具有發散性，即使經過準直依然會有少量雜散光無法照射到待測物體表面，導致有測量誤差；

3、引入的系統測量和測量誤差導致BRDF誤差較大；

4、聚焦準直難度操作難度大。

發明內容

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種新型模擬自然光雙向反射分布函數測試裝置。

本發明公開了一種新型模擬自然光雙向反射分布函數測試裝置，包括：測試光源、測試室和信號處理系統；

所述測試光源包括鹵素燈光源和可見光超連續譜激光光源，所述鹵素燈光源經準直后的光束、所述可見光超連續譜激光光源的激光束經多層介質膜光柵后合為一合束光；

所述合束光入射至所述測試室內的待測樣品上，經所述待測樣品散射后，散射光信號被所述測試室內的光電探測器接收，所述光電探測器輸出信號至所述信號處理系統進行處理，得到所述待測樣品的雙向反射分布函數。

作為本發明的進一步改進，所述鹵素燈光源的光路上設有光學準直系統，所述光學準直系統對所述鹵素燈光源的光束準直后，入射至所述多層介質膜光柵上；