本发明专利技术涉及一种利用光电器件测量发光二极管等固体光源的光通量、辐射通量或辐射功率的测量装置与测量方法。其所解决的是现有装置和方法精度低，无法实现在线测量等问题。所说的测量装置主要包括光照度或辐照度测量探头（８）、光电流测量显示单元（１０）、反射镜（２）、积分棒镜（６）、支撑环（４）及外壳（５）。所说的测量方法包括用反射镜（２）对发光二极管（１）在半球内所发出的光进行准直后送入积分棒镜（６）进行均匀化，通过测量积分棒镜（６）出射端（１５）的光照度或辐照度再乘以积分棒镜（６）出射端（１５）的面积获得发光二极管（１）的光通量或辐射功率。本发明专利技术提出的测量装置和方法能够实现绝对测量，体积小，成本低，长期稳定性好，适用于从紫外到近红外全波段各种发光二极管的快速、实时、在线测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用光电器件测量发光二极管(以下简称LED)等固体光源 的光通量、辐射通量或辐射功率的装置与方法。尤其涉及一种由光照度计或辐 照度计探头及光电流测量、采集显示单元组成的光通量、辐射通量测量装置与 方法。
技术介绍
光通量、辐射功率或辐射通量是表征光源发光特性最重要的参数之一。光 通量的测量通常有两种方法 一是在积分球内用已知光通量的标准光源与被测 光源作比较测量，从而确定被测光源的光通量；另一方法是用分布式光度计测 量被测光源在空间各方向的发光强度，计算后得到光通量。传统理论认为，分 布式光度计可以获得比积分球法更高的测量精度，其缺点是测量时间长，测量 装置需要一个很大的暗室。另外，分布式光度计本身的测量是以被测光源可近 似为点光源为前提的，由于LED发光指向性强的特点，其发光特性常常偏离点 光源符合的距离平方反比定律,用分布式光度计测量LED光通量常有较大误差。 所以LED光通量的测量常采用积分球法。国际照明委员会出版物(CIE 127:2007. Measurement of LEDs)所推荐的LED光通量测量方法就是积分球法。积分球是一 个球形空腔， 一般由两个内壁涂有白色漫反射层(硫酸钡或氧化镁)的半球壳 组装而成。球内放置光源，光源所发射的光经球壁多次漫反射后，使整个球壁上的照度均匀分布，故通过球壁上的窗口射到光电探测器上的光通量正比于光 源所发射的总光通量。积分球法的缺点是体积大、成本高、积分球内壁涂料的 反射率随时间而变化，比如美国国家标准技术研究所的LED光通量标准所用的 就是直径2.5米的积分球(C.C. Miller and Y. Ohno， Luminous Flux Calibration of LEDs at NIST, 2nd CIE Expert Symposium on LED Measurement)。由于积分球是一 个封闭的球体，光源本身所散发的热量累积在积分球内将引起光源温度的变化， LED结温的升高会使其发光效率显著降低、继而影响到LED光通量的测量精度。 当光源在空间各方向的发光特性不相同时，用积分球法测量光通量的误差更大。 为克服该技术问题，日本公开特许公报特开2002-318156中公开了一种方案， 在积分球内壁上安置多个探测器，其中一个测量漫射光，其他多个探测器测量 从光源发出的直射光，根据多个直射光探测器的测量值推算出光源的空间强度 分布，改善光通量测量精度。申请号为200610118915.8的中国专利申请公布说 明书公开了一种采用窄光束标准光源的LED光通量测试装置及测试方法，但方 案中并没有给出窄光束标准光源与窄通光孔径光纤的具体实施办法。光通量测量用的积分球法和分布式光度计法是几十年前专利技术的，对于指向性 很强的LED等固体光源测量存在明显缺点，但到现在为止还没有新的测量方法 出现。
技术实现思路
本专利技术提出了一种测量LED等小型固体光源的光通量、辐射通量的新装置 和方法。其所解决的问题是目前所使用方法在测量时LED必须从使用的基板上 拆下安装在积分球或分布式光度计的专用支架上，测量不方便，LED工作时产 生的热量全部累积在积分球内部，引起LED的结温上升，使测量结果不稳定等问题，实现LED光通量的快速、在线测量。为了解决上述技术问题，本专利技术的LED光通量或辐射功率测量装置由空间 响应特性符合余弦函数，光谱响应符合C正明视觉光谱光效率函数V(X)的光照 度或在应用波长范围内光谱响应不随波长变化的辐照度测量探头和与光照度或 辐照度探头的输出端通过电缆连接的光电流测量、采集显示单元组成。所述测 量装置还有一个反射镜，该反射镜朝向被测LED —侧中心处有一个与被测LED 相应的空腔，测试时被测LED位于此空腔内。所述反射镜的出射端与垂直于光 轴的截面为正多边形的积分棒镜的入射端接合在一起，LED所发出的与光轴夹 角较大的光在反射镜面反射后准直成为与光轴夹角较小的光线后射入积分棒 镜；与光轴夹角较小的光不经反射直接射入积分棒镜。所述光照度或辐照度探 头的接收面与前述积分棒镜的出射面紧密接触用于测量积分棒镜输出端面的光 照度或辐照度。用两个支撑环放在积分棒镜和镜筒之间用于固定积分棒镜和反 射镜，同时在积分棒镜和镜筒周围形成空气间隙，使光在积分棒镜内实现全反 射。与用积分球对光源的光进行匀化的做法不同，该测量装置和方法利用了当满 足一定条件时光在光密和光疏介质界面发生全反射的性质，利用全反射镜使光 源发出的所有光能全部入射到由多面体围成的实心棒状透镜内多次全反射，在 棒镜的出射面形成与光源光通量成正比的均匀光照度。通过测量积分棒镜出射 端的光照度即可测量出光源所发出的光通量。方案中使用的反射镜是利用具有全内反射面的透镜实现的。所述反射镜为高 透过率光学材料制作的透镜，其朝向LED的镜面中心开有与LED相对应的空腔， 测量时LED的发光部被放置在该空腔内。所述反射镜的作用是利用全反射面对 LED发出的与光轴夹角较大，比如大于45。的光线进行准直，变换成与光轴夹角小于45。的出射光。LED发出的与光轴夹角小于45。的光线则不与全反射面相交、 不经全反射面反射，在透镜中折射后直接进入积分棒镜。所述反射镜出射端面 为与前述积分棒镜入射端接合在一起的平面。前述透镜的全内反射面可以为锥 面、二次曲面、阶梯面或沿光轴截面为多项式函数的曲面。阶梯面反射镜的详 细结构可参见美国专利5404869等。为了使LED所发出的光全部射入前述积分 棒镜，所述反射镜的出射端面的直径应小于或等于积分棒镜入射端面多边形内 切圆的直径。所述积分棒镜为光辐射吸收极小的光学玻璃或石英制成的实心、棒状透镜， 其各表面均为精密抛光的光学面。积分棒镜可以是入射和出射端面积相等的直 棒，也可以是锥形棒，即光入射端与出射端大小不同。积分棒镜的光输入、输 出端面均为平面，连接输入、输出端面中心的直线为积分棒镜的光轴。沿光轴 各点，积分棒镜垂直于光轴的截面为正多边形。棒镜的长度越长对光的积分效 果越好，为了获得好的出射均匀性，积分棒镜的长度应大于入射端面对角线尺 寸的两倍；反之，棒镜过长，光在棒镜中的吸收增加，其长度应小于入射面对 角线长度的40倍。由于积分棒镜所利用的是全反射原理，其测量范围只受材料 吸收特性的限制，故可应用于从紫外到红外的整个波长范围。如果被测LED是指定颜色的，紧贴积分棒镜输出端安装的光照度探头的光 谱响应也可以只在与LED波长对应的波长范围内与光谱光效率函数V(X)相一 致。为解决前述技术问题，本专利技术所采用的测量发光二极管光通量或辐射通量、 辐射功率的新方法是先用一个反射镜准直LED所发出的与光轴夹角较大(如大 于45。)的光线，然后将准直后的光与LED发出的与光轴夹角较小的光线一起射 入垂轴截面为正多边形的积分棒镜中进行混合积分，在积分棒镜的出射端面形成均匀照度分布。由于LED所发出的光全部被收集、均匀分布到积分棒镜的出 射端面上，故该出射端面的光照度与LED的光通量成正比；用照度计或辐照度 计测量出积分棒镜出射端面的光照度或辐照度，再乘以所述积分棒镜出射端面 的面积即可得到被测LED的光通量或辐射通量。用光通量已知的标准LED对系统进行校准后，可以消除反射镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量发光二极管光通量或辐射功率的装置，由光照度或辐照度测量探头和与前述测量探头的输出端通过电缆连接的光电流测量、采集显示单元组成，其特征是：所述测量装置还有一个反射镜（２），该反射镜（２）朝向被测发光二极管（１）一侧中心处有一个与被测发光二极管（１）对应的空腔（３），测试时被测发光二极管（１）位于此空腔（３）内；垂直于光轴的截面为正多边形的积分棒镜（６）的入射端（１４）与所述反射镜（２）的出射端（１３）接合在一起；所述光照度或辐照度测量探头（８）的接收面（７）为平面并与前述积分棒镜（６）的出射面（１５）相接触；支撑环（４）位于积分棒镜（６）与镜筒（５）之间用于固定积分棒镜（６）和反射镜（２）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓东，秦文红，
申请(专利权)人：杭州锐力光学有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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