CN101566500A - 一种led光源光强空间分布特性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种LED光源光强空间分布特性测试装置及测试方法，包括基座、测试样品座、光度探测单元、探测器支架、测试电路、计算机和测试软件。其采用多个光度探测单元多路同步测试方法，取代1个光度探测器依次进行多点测试，实现LED光源的光强空间分布特性的快速测试。相对于采用一个光度探测器的传统配光曲线测量方法，如果选用N个光度探测器，测试速度可提高N倍以上，具有测试速度快，精度高，信息量丰富，更具有实时性和直观性的显著优势。

Description

一种LED光源光强空间分布特性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种光学测试技术，特别是一种发光二极管(LED)光源光强空间分布特性测试装置和测试方法，属光学测试技术领域。

技术背景

光强空间分布是指从光源发出的光在空间上的分布，反映的是发光强度的空间分布特性。光强空间分布通常也被称为配光曲线。最常见的测量配光曲线的方法是采用一个光度探测器，可选择光源不动，光度探测器围绕它旋转扫描，也可选择光度探测器不动，光源围绕一个固定中心点旋转，测试点一般设置在50个以上，因此一条配光曲线的测试就需要较长的时间，如果测量三维空间的光强分布，则测试点更多，测试时间更长，测试精度难以保证。

LED作为新型光源应用在照明领域，同白炽灯、荧光灯等传统光源相比，无论是发光原理，还是发光特性都存在显著差别。LED具有亮度高，发射角度小，照射面积小的特点，单颗LED发出的光强有限，一个照明光源或器件往往需要由若干个LED组成，形成点光源、线光源或者面光源的“二次光源”。因此LED光源应用产品种类繁多，发光特性各不相同，其中一些种类的LED光源具有光强空间分布不均匀和不对称的特性。

目前LED光源光强空间分布特性的测试借鉴的还是传统光源配光曲线的测试手段，但对于LED光源来说，配光曲线和光强空间分布存在很大区别。配光曲线只是发光强度空间分布图在一个剖面上的轮廓曲线，从效果上看，8个等分剖面乃至更多个等分剖面的配光曲线仍抵不上一张三维立体光强空间分布图。特别是对于各种非对称的LED光源，光强空间分布的三维立体图显然比几十张同一LED光源的配光曲线更加正确和直观。

发明内容

本发明提出一种LED光源光强空间分布特性快速测试装置及测试方法，其采用多个光度探测单元多路同步测试方法，具有测试速度快，精度高，信息量丰富，更具有实时性和直观性的显著特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种LED光源光强空间分布特性测试装置，包括：基座、测试样品座、光度探测单元、探测器支架、测试电路、计算机和测试软件。其特征是光度探测单元的个数为15或15个以上，光度探测单元的数目与测试电路中的光电转换电路和信号采集电路的路数相同，并且一一互相对应；每个光度探测单元均通过传输线依次与光电转换电路、信号采集电路及计算机相连接。

需要说明的是，光度探测单元的个数是根据多路同步检测光强空间分布特性的需要来确定，可增加或减少光度探测单元的个数，均在本发明的保护范围之内。

一种新型LED光源光强空间分布特性测试装置，其特征在于采用15个或15个以上的多个光度探测单元的多路同步测试的测试方法，取代1个光度探测器依次进行多点测试，实现LED光源的光强空间分布特性的快速测试。

所述的光度探测单元，包括光度探测器和探测器座。光度探测器置于探测器座中，光度探测单元通过探测座安装固定在探测器支架上。

所述的光度探测器，是进行光电转换的光敏元件，将LED光源发出的光吸收转换为电量(电流或电压信号)，可为硅光电池或光电二极管，也可配置增加光学纤维或光学透镜或滤光片元件。

需要说明的是，根据不同的测试要求选择不同的光敏元件，配置增加不同的光学元件的光度探测器，均在本发明的保护范围之内。

所述的探测器支架，包括支架底板和盖板，组合后安装在基座上，并可相对基座上下移动和固定，从而可改变内置的光度探测单元到LED光源发光点的测试距离。

所述的多个光度探测器具有相同的受光面积，它们在探测器支架上的具体安装位置是根据不同平面或空间的光强分布的测试条件要求确定的，对应测试不同空间方向上的相对发光强度。

可采用圆弧形探测器支架，多个光度探测单元以LED光源发光点为圆心，沿半圆轨迹均匀分布安装在探测器支架上。也可采用长方形探测器支架，多个光度探测单元线形均匀排列分布安装在探测器支架上。

当调整测试半径距离测试不同平面或空间的光强分布时，除了上下移动探测器支架，还可通过更换不同尺寸的探测器支架，或重新调整光度探测单元的分布安装位置。

所述的测试样品座上设有LED光源安装夹具和与驱动恒流源相连接的电极，待测的LED光源可方便的安装在测试样品座上。

所述的测试电路包括光电转换电路和信号采集电路，光度探测单元的数目与测试电路中的光电转换电路和信号采集电路的路数相同，并且一一互相对应；

每个光度探测单元均通过传输线依次与光电转换电路、信号采集电路及计算机相连接。将接收到的LED光源发出的光信号转换为电信号(电压信号或电路信号)，并多通道采集输入到计算机中。

所述的测试软件安装在计算机中，对采集的测试信号进行汇总处理和计算分析，得到LED光源的光强空间分布的二维平面图和三维立体图。

所述的采用多个光度探测单元的多路同步测试的测试方法，其特征是以安装在测试样品座上的待测LED光源发光点为圆心，多个光度探测单元保持相同的中心间距和受光面积，以测试半径距离沿探测器支架半圆轨迹均匀分布，同时使每个光度探测器的受光面中心沿法线方向正对发光点圆心，保持受光面到发光点圆心的测试半径距离相同，进行不同方向上固定立体角的二维空间相对光强分布的测试。

其中在探测器支架的中央位置安装有1个光度探测器，位于待测LED光源的光轴上，可按CIE规定的两种标准测试LED光源的平均发光强度。从而进行二维空间绝对光强分布的测试。

通过在探测器支架或测试样品座上增加转动度盘机构，按固定角度依次旋转待测的LED光源或探测器支架，或者直接增加光度探测单元的排列方式，可进行三维空间光强分布的测试。

本发明提出的一种LED光源光强空间分布特性测试装置及测试方法，相对于采用一个光度探测器的传统配光曲线测量方法，具有测试速度快，精度高，信息量丰富，更具有实时性和直观性的显著优势。采用多个光度探测单元的多路同步测试，如果选用N个光度探测器，测试速度可提高N倍以上，二维光强空间分布测试可实时一次性完成，三维光强空间分布的快速测试也可轻易实现。因此本发明提出的测试装置及测试方法，不但可以快速、准确、直观的提供丰富的LED光源的光强空间分布信息，还将为LED光源批量生产过程中的光强空间分布特性在线测试提供切实可行的解决方案。

本发明提出的测试装置及测试方法主要用于LED、LED光源和LED灯具等LED应用产品的光强空间分布特性的快速测试，但也同样适用于白炽灯、荧光灯等其它照明光源和灯具的光强空间分布特性的测试。

附图说明

图1为本发明的测试装置连接示意图；

图2为本发明的测试装置结构示意图(立体图)；

图3为本发明的光度探测单元组合结构示意图；

图4为本发明的光度探测器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明如下：

如图1和图2所示，本发明提出一种LED光源光强空间分布特性测试装置，其结构包括基座1、测试样品座2、光度探测单元3、探测器支架4、测试电路5、计算机和测试软件6。

待测的LED光源样品7安装在测试样品座2上，光度探测单元3安装固定在探测器支架4上。探测器支架4包括支架底板41和盖板42，组合安装在基座1上，并可上下移动和固定。测试电路5包括光电转换电路51和信号采集电路52，光度探测单元3的数目与测试电路中的光电转换电路和信号采集电路的路数相同，并且一一互相对应，每一个光度探测器31连接一路光电转换电路51，再连接一路信号采集电路52，然后都与计算机和测试软件6相连接。

如图3所示，本发明采用多个光度探测单元的多路同步测试方法。光度探测器个数的选择，是借鉴配光曲线的测试方法，根据表征光强空间分布特性的测试要求确定的，一般要求是奇数个，在15个或15个以上。

本例中，采用31个光度探测单元多路并行同步测试LED光源的光强空间分布特性。光度探测单元3包括光度探测器31和探测器座32，采用独立结构方式，即每一个度探测器31都置于相对应的独立探测器座32中，形成一个独立的光度探测单元。每个光度探测单元的结构和尺寸都是相同的，保证其中的光度探测器的受光面积也都是相同的。

本例中，光度探测器采用硅光电池，安装在卡座式结构的独立探测器座中，结构如图4所示。通过每个探测器座32上的安装螺孔和定位销，将31个独立的光度探测单元分别安装固定在探测器支架4上。

本例中，探测器支架采用圆弧形状，31个光度探测单元3以测试样品座上的待测LED光源发光点为圆心，沿半圆轨迹均匀分布安装。每一个光度探测器的受光面中心沿法线方向正对发光点圆心，保证相同的测试半径距离，光度探测器受光面中心到发光点圆心的测试半径距离均为200mm，并且光度探测器之间的中心间距也是相同的，夹角均为6°。这样就实现同步测试不同方向上固定立体角的二维空间相对光强空间分布特性，对应传统意义上的配光曲线的测试。

需要说明的是，采用不同的光度探测器分布安装位置和不同的测试距离，测试不同平面或空间的光强分布，均在本发明保护范围之内。

每一路光电转换电路连接1个光度探测器，将该光度探测器接收到的LED光源发出的光信号转换为电信号，然后将这一路电信号输出到对应的一路信号采集电路。可基于硅光电池的光生伏特效应和跨阻放大电路来实现光电转换，得到输出电压与入射光照功率良好的线性关系。这一路信号采集电路采集电信号并进行A/D转换后，输入到计算机中。多路信号采集可采用串行扫描方式或并行采集方式，可选用NI公司的NI-PCI6229数据采集卡进行数据信号的多通道采集和输入。通过安装在计算机内的NI-PCI6229数据采集卡，可直接相对31路光度探测单元建立起31路信号采集通道，将31路光电转换电路输出的31路测试电压信号，进行多通道数据采集和A/D转换后，输入到计算机中，经过测试软件进行汇总处理和计算分析，得到LED光源的光强空间分布的二维平面图和三维立体图。

需要说明的是，对于不同的光敏元件的光度探测器，采用不同的光电转换电路和信号采集电路，均在本发明保护范围之内。

本例中的测试过程如下：

首先将待测的LED光源安装在专用的测试样品座2上，使LED光源发光点位于测试装置的测试中心位置上，并调整保持LED光源发光轴和中央位置光度探测器的对准，同时利用测试样品座中的连接电极，将LED光源与其驱动恒流源相连接。将本测试装置和驱动恒流源打开，计算机和测试软件运行，LED光源被点亮。

安装在探测器支架上，以LED光源发光点为中心，沿半圆轨迹均匀分布的31个硅光电池光度探测器，同步探测LED光源的相对发光强度，因此LED光源的二维光强空间分布特性测试可以在很短的时间内完成，测试时间小于0.2秒。测试样品座可以相对基座旋转，也可选择增加旋转机构控制探测器支架的转动，通过度盘刻度确定转动的角度，依次获得不同测试旋转角度的二维光强空间分布，再通过计算机软件对测试数据进行综合处理和计算分析，则可以获得光强空间分布三维立体图。

Claims (10)

1、一种LED光源光强空间分布特性测试装置，包括基座、测试样品座、光度探测单元、探测器支架、测试电路、计算机和测试软件；其特征是光度探测单元(3)的个数为15或15个以上，光度探测单元(3)的数目与测试电路(5)中的光电转换电路(51)和信号采集电路(52)的路数相同，并且一一互相对应；每个光度探测单元均通过传输线依次与光电转换电路、信号采集电路及计算机相连接。

2、根据权利要求1所述的一种LED光源光强空间分布特性测试装置，其特征是光度探测单元(3)包括光度探测器(31)和探测器座(32)，光度探测器置于探测器座中，光度探测单元通过探测器座安装固定在探测器支架(4)上；探测器支架包括支架底板(41)和盖板(42)，组合后安装在基座(1)上，并可相对基座上下移动和固定，从而可改变内置的光度探测单元到LED光源发光点的测试距离。

3、根据权利要求1或2所述的一种LED光源光强空间分布特性测试装置，其特征是光度探测器(31)可为硅光电池或光电二极管，也可配置增加光学纤维或光学透镜或滤光片元件。

4、根据权利要求1或2所述的一种LED光源光强空间分布特性测试装置，其特征是探测器支架(4)呈圆弧形，光度探测单元(3)分别安装在探测器支架上，且以LED光源发光点为圆心，沿半圆轨迹均匀分布。

5、根据权利要求1或2所述的一种LED光源光强空间分布特性测试装置，其特征是探测器支架呈长方形，光度探测单元分别安装在探测器支架上线形排列均匀分布。

6、一种LED光源光强空间分布特性测试方法，其特征是采用15个或15个以上的光度探测单元的多路同步测试的方法，光度探测单元的数目与测试电路中的光电转换电路和信号采集电路的路数相同，并且一一互相对应。

7、根据权利要求6所述的一种LED光源光强空间分布特性测试方法，其特征是以安装在测试样品座上的待测LED光源发光点为圆心，各个光度探测单元保持相同的中心间距和受光面积，以测试半径距离沿探测器支架半圆轨迹均匀分布，同时使每个光度探测器的受光面中心沿法线方向正对发光点圆心，保持受光面到发光点圆心的测试半径距离相同进行不同方向上固定立体角的二维空间相对光强分布的测试。

8、根据权利要求6所述的一种LED光源光强空间分布特性测试方法，其特征是在探测器支架(4)的中央位置安装有光度探测器(31)，并位于待测LED光源的光轴上，可进行二维空间绝对光强分布的测试。

9、根据权利要求6所述的一种LED光源光强空间分布特性测试方法，其特征是通过在探测器支架(4)或测试样品座(2)上增加转动度盘机构，按固定角度依次旋转待测的LED光源或探测器支架，或者直接增加光度探测单元的排列方式，可进行三维空间光强分布的测试。

10、根据权利要求6所述的一种LED光源光强空间分布特性测试方法，其特征是所述的LED光源可用白炽灯或荧光灯代替；该测方法也适用于白炽灯或荧光灯光源的测试。

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