專利名稱：一種led光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)測(cè)試技術(shù)，特別是一種發(fā)光二極管(LED) 光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試裝置和測(cè)試方法，屬光學(xué)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)背景光強(qiáng)空間分布是指從光源發(fā)出的光在空間上的分布，反映的是發(fā) 光強(qiáng)度的空間分布特性。光強(qiáng)空間分布通常也被稱為配光曲線。最常 見的測(cè)量配光曲線的方法是采用一個(gè)光度探測(cè)器，可選擇光源不動(dòng)， 光度探測(cè)器圍繞它旋轉(zhuǎn)掃描，也可選擇光度探測(cè)器不動(dòng)，光源圍繞一 個(gè)固定中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，測(cè)試點(diǎn)一般設(shè)置在50個(gè)以上，因此一條配光曲 線的測(cè)試就需要較長的時(shí)間，如果測(cè)量三維空間的光強(qiáng)分布，則測(cè)試 點(diǎn)更多，測(cè)試時(shí)間更長，測(cè)試精度難以保證。LED作為新型光源應(yīng)用在照明領(lǐng)域，同白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng) 光源相比，無論是發(fā)光原理，還是發(fā)光特性都存在顯著差別。LED 具有亮度高，發(fā)射角度小，照射面積小的特點(diǎn)，單顆LED發(fā)出的光 強(qiáng)有限， 一個(gè)照明光源或器件往往需要由若干個(gè)LED組成，形成點(diǎn) 光源、線光源或者面光源的"二次光源"p因此LED光源應(yīng)用產(chǎn)品種 類繁多，發(fā)光特性各不相同，其中一些種類的LED光源具有光強(qiáng)空間分布不均勻和不對(duì)稱的特性。目前LED光源光強(qiáng)空間分布特性的測(cè)試借鑒的還是傳統(tǒng)光源配光曲線的測(cè)試手段，但對(duì)于LED光源來說，配光曲線和光強(qiáng)空間分 布存在很大區(qū)別。配光曲線只是發(fā)光強(qiáng)度空間分布圖在一個(gè)剖面上的 輪廓曲線，從效果上看，8個(gè)等分剖面乃至更多個(gè)等分剖面的配光曲 線仍抵不上一張三維立體光強(qiáng)空間分布圖。特別是對(duì)于各種非對(duì)稱的 LED光源，光強(qiáng)空間分布的三維立體圖顯然比幾十張同一 LED光源 的配光曲線更加正確和直觀。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性快速測(cè)試裝置及測(cè) 試方法，其采用多個(gè)光度探測(cè)單元多路同步測(cè)試方法，具有測(cè)試速度 快，精度高，信息量豐富，更具有實(shí)時(shí)性和直觀性的顯著特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下-一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試裝置，包括基座、測(cè)試 樣品座、光度探測(cè)單元、探測(cè)器支架、測(cè)試電路、計(jì)算機(jī)和測(cè)試軟件。 其特征是光度探測(cè)單元的個(gè)數(shù)為15或15個(gè)以上，光度探測(cè)單元的數(shù) 目與測(cè)試電路中的光電轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)采集電路的路數(shù)相同，并且一 一互相對(duì)應(yīng)；每個(gè)光度探測(cè)單元均通過傳輸線依次與光電轉(zhuǎn)換電路、 信號(hào)采集電路及計(jì)算機(jī)相連接。需要說明的是，光度探測(cè)單元的個(gè)數(shù)是根據(jù)多路同步檢測(cè)光強(qiáng)空 間分布特性的需要來確定，可增加或減少光度探測(cè)單元的個(gè)數(shù)，均在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。一種新型LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試裝置，其特征在于采 用15個(gè)或15個(gè)以上的多個(gè)光度探測(cè)單元的多路同步測(cè)試的測(cè)試方法，取代1個(gè)光度探測(cè)器依次進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)LED光源的光強(qiáng) 空間分布特性的快速測(cè)試。所述的光度探測(cè)單元，包括光度探測(cè)器和探測(cè)器座。光度探測(cè)器 置于探測(cè)器座中，光度探測(cè)單元通過探測(cè)座安裝固定在探測(cè)器支架 上。所述的光度探測(cè)器，是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光敏元件，將LED光源 發(fā)出的光吸收轉(zhuǎn)換為電量(電流或電壓信號(hào))，可為硅光電池或光電 二極管，也可配置增加光學(xué)纖維或光學(xué)透鏡或?yàn)V光片元件。需要說明的是，根據(jù)不同的測(cè)試要求選擇不同的光敏元件，配置 增加不同的光學(xué)元件的光度探測(cè)器，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。所述的探測(cè)器支架，包括支架底板和蓋板，組合后安裝在基座上， 并可相對(duì)基座上下移動(dòng)和固定，從而可改變內(nèi)置的光度探測(cè)單元到 LED光源發(fā)光點(diǎn)的測(cè)試距離。所述的多個(gè)光度探測(cè)器具有相同的受光面積，它們?cè)谔綔y(cè)器支架 上的具體安裝位置是根據(jù)不同平面或空間的光強(qiáng)分布的測(cè)試條件要 求確定的，對(duì)應(yīng)測(cè)試不同空間方向上的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度?？刹捎脠A弧形探測(cè)器支架，多個(gè)光度探測(cè)單元以LED光源發(fā)光 點(diǎn)為圓心，沿半圓軌跡均勻分布安裝在探測(cè)器支架上。也可采用長方 形探測(cè)器支架，多個(gè)光度探測(cè)單元線形均勻排列分布安裝在探測(cè)器支 架上。當(dāng)調(diào)整測(cè)試半徑距離測(cè)試不同平面或空間的光強(qiáng)分布時(shí)，除了上 下移動(dòng)探測(cè)器支架，還可通過更換不同尺寸的探測(cè)器支架，或重新調(diào)整光度探測(cè)單元的分布安裝位置。所述的測(cè)試樣品座上設(shè)有LED光源安裝夾具和與驅(qū)動(dòng)恒流源相 連接的電極，待測(cè)的LED光源可方便的安裝在測(cè)試樣品座上。所述的測(cè)試電路包括光電轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)采集電路，光度探測(cè)單 元的數(shù)目與測(cè)試電路中的光電轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)采集電路的路數(shù)相同， 并且一一互相對(duì)應(yīng)；每個(gè)光度探測(cè)單元均通過傳輸線依次與光電轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)采集 電路及計(jì)算機(jī)相連接。將接收到的LED光源發(fā)出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)(電壓信號(hào)或電路信號(hào))，并多通道采集輸入到計(jì)算機(jī)中。所述的測(cè)試軟件安裝在計(jì)算機(jī)中，對(duì)采集的測(cè)試信號(hào)進(jìn)行匯總處 理和計(jì)算分析，得到LED光源的光強(qiáng)空間分布的二維平面圖和三維 立體圖。所述的采用多個(gè)光度探測(cè)單元的多路同步測(cè)試的測(cè)試方法，其特 征是以安裝在測(cè)試樣品座上的待測(cè)LED光源發(fā)光點(diǎn)為圓心，多個(gè)光 度探測(cè)單元保持相同的中心間距和受光面積，以測(cè)試半徑距離沿探測(cè) 器支架半圓軌跡均勻分布，同時(shí)使每個(gè)光度探測(cè)器的受光面中心沿法 線方向正對(duì)發(fā)光點(diǎn)圓心，保持受光面到發(fā)光點(diǎn)圓心的測(cè)試半徑距離相 同，進(jìn)行不同方向上固定立體角的二維空間相對(duì)光強(qiáng)分布的測(cè)試。其中在探測(cè)器支架的中央位置安裝有1個(gè)光度探測(cè)器，位于待測(cè) LED光源的光軸上，可按CIE規(guī)定的兩種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試LED光源的平均 發(fā)光強(qiáng)度。從而進(jìn)行二維空間絕對(duì)光強(qiáng)分布的測(cè)試。通過在探測(cè)器支架或測(cè)試樣品座上增加轉(zhuǎn)動(dòng)度盤機(jī)構(gòu)，按固定角度依次旋轉(zhuǎn)待測(cè)的LED光源或探測(cè)器支架，或者直接增加光度探測(cè) 單元的排列方式，可進(jìn)行三維空間光強(qiáng)分布的測(cè)試。本發(fā)明提出的一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試裝置及測(cè)試 方法，相對(duì)于采用一個(gè)光度探測(cè)器的傳統(tǒng)配光曲線測(cè)量方法，具有測(cè) 試速度快，精度高，信息量豐富，更具有實(shí)時(shí)性和直觀性的顯著優(yōu)勢(shì)。 采用多個(gè)光度探測(cè)單元的多路同步測(cè)試，如果選用N個(gè)光度探測(cè)器， 測(cè)試速度可提高N倍以上，二維光強(qiáng)空間分布測(cè)試可實(shí)時(shí)一次性完 成，三維光強(qiáng)空間分布的快速測(cè)試也可輕易實(shí)現(xiàn)。因此本發(fā)明提出的 測(cè)試裝置及測(cè)試方法，不但可以快速、準(zhǔn)確、直觀的提供豐富的LED 光源的光強(qiáng)空間分布信息，還將為LED光源批量生產(chǎn)過程中的光強(qiáng) 空間分布特性在線測(cè)試提供切實(shí)可行的解決方案。本發(fā)明提出的測(cè)試裝置及測(cè)試方法主要用于LED、 LED光源和 LED燈具等LED應(yīng)用產(chǎn)品的光強(qiáng)空間分布特性的快速測(cè)試，但也同 樣適用于白熾燈、熒光燈等其它照明光源和燈具的光強(qiáng)空間分布特性 的測(cè)試。


圖1為本發(fā)明的測(cè)試裝置連接示意圖； 圖2為本發(fā)明的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)； 圖3為本發(fā)明的光度探測(cè)單元組合結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的光度探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖具體說明如下-如圖1和圖2所示，本發(fā)明提出一種LED光源光強(qiáng)空間分布特 性測(cè)試裝置，其結(jié)構(gòu)包括基座l、測(cè)試樣品座2、.光度探測(cè)單元3、 探測(cè)器支架4、測(cè)試電路5、計(jì)算機(jī)和測(cè)試軟件6。待測(cè)的LED光源樣品7安裝在測(cè)試樣品座2上，光度探測(cè)單元 3安裝固定在探測(cè)器支架4上。探測(cè)器支架4包括支架底板41和蓋 板42，組合安裝在基座1上，并可上下移動(dòng)和固定。測(cè)試電路5包 括光電轉(zhuǎn)換電路51和信號(hào)釆集電路52，光度探測(cè)單元3的數(shù)目與測(cè) 試電路中的光電轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)采集電路的路數(shù)相同，并且一一互相 對(duì)應(yīng)，每一個(gè)光度探測(cè)器31連接一路光電轉(zhuǎn)換電路51，再連接一路 信號(hào)采集電路52，然后都與計(jì)算機(jī)和測(cè)試軟件6相連接。如圖3所示，本發(fā)明采用多個(gè)光度探測(cè)單元的多路同步測(cè)試方 法。光度探測(cè)器個(gè)數(shù)的選擇，是借鑒配光曲線的測(cè)試方法，根據(jù)表征 光強(qiáng)空間分布特性的測(cè)試要求確定的， 一般要求是奇數(shù)個(gè)，在15個(gè) 或15個(gè)以上。本例中，采用31個(gè)光度探測(cè)單元多路并行同步測(cè)試LED光源的 光強(qiáng)空間分布特性。光度探測(cè)單元3包括光度探測(cè)器31和探測(cè)器座 32，采用獨(dú)立結(jié)構(gòu)方式，即每一個(gè)度探測(cè)器31都置于相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立 探測(cè)器座32中，形成一個(gè)獨(dú)立的光度探測(cè)單元。每個(gè)光度探測(cè)單元 的結(jié)構(gòu)和尺寸都是相同的，保證其中的光度探測(cè)器的受光面積也都是 相同的。本例中，光度探測(cè)器采用硅光電池，安裝在卡座式結(jié)構(gòu)的獨(dú)立探 測(cè)器座中，結(jié)構(gòu)如圖4所示。通過每個(gè)探測(cè)器座32上的安裝螺孔和定位銷，將31個(gè)獨(dú)立的光度探測(cè)單元分別安裝固定在探測(cè)器支架4 上。本例中，探測(cè)器支架采用圓弧形狀，31個(gè)光度探測(cè)單元3以測(cè) 試樣品座上的待測(cè)LED光源發(fā)光點(diǎn)為圓心，沿半圓軌跡均勻分布安 裝。每一個(gè)光度探測(cè)器的受光面中心沿法線方向正對(duì)發(fā)光點(diǎn)圓心，保 證相同的測(cè)試半徑距離，光度探測(cè)器受光面中心到發(fā)光點(diǎn)圓心的測(cè)試 半徑距離均為200mm，并且光度探測(cè)器之間的中心間距也是相同的， 夾角均為6°。這樣就實(shí)現(xiàn)同步測(cè)試不同方向上固定立體角的二維空 間相對(duì)光強(qiáng)空間分布特性，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)意義上的配光曲線的測(cè)試。需要說明的是，采用不同的光度探測(cè)器分布安裝位置和不同的測(cè) 試距離，測(cè)試不同平面或空間的光強(qiáng)分布，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。每一路光電轉(zhuǎn)換電路連接1個(gè)光度探測(cè)器，將該光度探測(cè)器接收 到的LED光源發(fā)出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后將這一路電信號(hào)輸 出到對(duì)應(yīng)的一路信號(hào)采集電路。可基于硅光電池的光生伏特效應(yīng)和跨 阻放大電路來實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，得到輸出電壓與入射光照功率良好的線 性關(guān)系。這一路信號(hào)采集電路采集電信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，輸入 到計(jì)算機(jī)中。多路信號(hào)采集可采用串行掃描方式或并行采集方式，可 選用NI公司的NI-PCI6229數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的多通道采集和 輸入。通過安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)的NI-PCI6229數(shù)據(jù)采集卡，可直接相對(duì) 31路光度探測(cè)單元建立起31路信號(hào)采集通道，將31路光電轉(zhuǎn)換電 路輸出的31路測(cè)試電壓信號(hào)，進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集和A/D轉(zhuǎn)換后， 輸入到計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過測(cè)試軟件進(jìn)行匯總處理和計(jì)算分析，得到LED光源的光強(qiáng)空間分布的二維平面圖和三維立體圖。需要說明的是，對(duì)于不同的光敏元件的光度探測(cè)器，采用不同的 光電轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)采集電路，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。本例中的測(cè)試過程如下首先將待測(cè)的LED光源安裝在專用的測(cè)試樣品座2上，使LED 光源發(fā)光點(diǎn)位于測(cè)試裝置的測(cè)試中心位置上，并調(diào)整保持LED光源 發(fā)光軸和中央位置光虔探測(cè)器的對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)利用測(cè)試樣品座中的連接 電極，將LED光源與其驅(qū)動(dòng)恒流源相連接。將本測(cè)試裝置和驅(qū)動(dòng)恒 流源打開，計(jì)算機(jī)和測(cè)試軟件運(yùn)行，LED光源被點(diǎn)亮。安裝在探測(cè)器支架上，以LED光源發(fā)光點(diǎn)為中心，沿半圓軌跡 均勻分布的31個(gè)硅光電池光度探測(cè)器，同步探測(cè)LED光源的相對(duì)發(fā) 光強(qiáng)度，因此LED光源的二維光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試可以在很短的 時(shí)間內(nèi)完成，測(cè)試時(shí)間小于0.2秒。測(cè)試樣品座可以相對(duì)基座旋轉(zhuǎn)， 也可選擇增加旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制探測(cè)器支架的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過度盤刻度確定轉(zhuǎn) 動(dòng)的角度，依次獲得不同測(cè)試旋轉(zhuǎn)角度的二維光強(qiáng)空間分布，再通過 計(jì)算機(jī)軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理和計(jì)算分析，則可以獲得光強(qiáng)空 間
權(quán)利要求
1、一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試裝置，包括基座、測(cè)試樣品座、光度探測(cè)單元、探測(cè)器支架、測(cè)試電路、計(jì)算機(jī)和測(cè)試軟件；其特征是光度探測(cè)單元(3)的個(gè)數(shù)為15或15個(gè)以上，光度探測(cè)單元(3)的數(shù)目與測(cè)試電路(5)中的光電轉(zhuǎn)換電路(51)和信號(hào)采集電路(52)的路數(shù)相同，并且一一互相對(duì)應(yīng)；每個(gè)光度探測(cè)單元均通過傳輸線依次與光電轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)采集電路及計(jì)算機(jī)相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的-'種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試裝 胃，其特征足光皮探測(cè)單元(3)包括光設(shè)探測(cè)器(31)和探測(cè) 器座(32)，光度探測(cè)器置于探測(cè)器沐屮，光皮探測(cè)單元通過探 測(cè)器應(yīng)安裝同定在探測(cè)器支架(4)上；探測(cè)器支架包括支架底 板(41)和蓋板(42)，組合后安裝在基座(l)'上，并可相對(duì) 基座上下移動(dòng)和同定，從而可改變內(nèi)置的光度探測(cè)單元到LED 光源發(fā)光點(diǎn)的測(cè)試距離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè) 試裝置，其特征是光度探測(cè)器(31)可為硅光電池或光電二極 管，也可配置增加光學(xué)纖維或光學(xué)透鏡或?yàn)V光片元件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè) 試裝置，其特征是探測(cè)器支架(4)呈圓弧形，光度探測(cè)單元(3) 分別安裝在探測(cè)器支架上，且以LED光源發(fā)光點(diǎn)為圓心，沿半圓軌跡均勻分布。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè) 試裝置，其特征是探測(cè)器支架呈長方形，光度探測(cè)單元分別安 裝在探測(cè)器支架上線形排列均勻分布。
6、 一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試方法，其特征是采用15 個(gè)或15個(gè)以上的光度探測(cè)單元的多路同步測(cè)試的方法，光度探 觀U單元的數(shù)目與測(cè)試電路中的光電轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)采集電路的 路數(shù)相同，并且一一互相對(duì)應(yīng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試方 法，其特征是以安裝在測(cè)試樣品座上的待測(cè)LED光源發(fā)光點(diǎn)為 圓心，各個(gè)光度探測(cè)單元保持相同的中心間距和受光面積，以 測(cè)試半徑距離沿探測(cè)器支架半圓軌跡均勻分布，同時(shí)使每個(gè)光 度探測(cè)器的受光面中心沿法線方向正對(duì)發(fā)光點(diǎn)圓心，保持受光 面到發(fā)光點(diǎn)圓心的測(cè)試半徑距離相同進(jìn)行不同方向上固定立體 角的二維空間相對(duì)光強(qiáng)分布的測(cè)試。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試方 法，其特征是在探測(cè)器支架(4)的中舉位置安裝有光度探測(cè)器(31),，并位于待測(cè)LED光源的光軸上，可進(jìn)行二維空間絕對(duì)光強(qiáng)分布的測(cè)試。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試方 法，其特征是通過在探測(cè)器支架(4)或測(cè)試樣品座(2)上增 加轉(zhuǎn)動(dòng)度盤機(jī)構(gòu)，按固定角度依次旋轉(zhuǎn)待測(cè)的LED光源或探測(cè)器支架，或者直接增加光度探測(cè)單元的排列方式，可進(jìn)行三維 空間光強(qiáng)分布的測(cè)試。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種L.ED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試 方法，其特征是所述的LED光源可用白熾燈或熒光燈代替；該 測(cè)方法也適叩于白熾燈或熒光燈光源的測(cè)試。
全文摘要
本發(fā)明提出一種LED光源光強(qiáng)空間分布特性測(cè)試裝置及測(cè)試方法，包括基座、測(cè)試樣品座、光度探測(cè)單元、探測(cè)器支架、測(cè)試電路、計(jì)算機(jī)和測(cè)試軟件。其采用多個(gè)光度探測(cè)單元多路同步測(cè)試方法，取代1個(gè)光度探測(cè)器依次進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)LED光源的光強(qiáng)空間分布特性的快速測(cè)試。相對(duì)于采用一個(gè)光度探測(cè)器的傳統(tǒng)配光曲線測(cè)量方法，如果選用N個(gè)光度探測(cè)器，測(cè)試速度可提高N倍以上，具有測(cè)試速度快，精度高，信息量豐富，更具有實(shí)時(shí)性和直觀性的顯著優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK101566500SQ20081002763
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者豪 任, 李康業(yè), 王巧彬, 敏 胡 申請(qǐng)人:廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院