CN102667425A

CN102667425A - 积分球光度计及其测量方法

Info

Publication number: CN102667425A
Application number: CN2010800526638A
Authority: CN
Inventors: 朴盛钟; 李东勋; 朴承男
Original assignee: KOREA STANDARD SCIENCE ACADEMY
Current assignee: KOREA STANDARD SCIENCE ACADEMY; Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: WO2011068281A1; US20120229801A1; US8625088B2; AU2010327508B2; KR101091791B1; JP2013512451A; KR20110061158A; CN102667425B; JP5486692B2; DE112010004636T5; AU2010327508A1

Abstract

本发明提供了一种积分球光度计及其测量方法。所述积分球光度计包括：积分球，包括左半球和右半球；光度计，置于右半球的中心面；光度计挡板，置于光度计前面且与光度计间隔开；待测光源，置于积分球的中心区，至少向左半球的照明区发光；辅助灯部，置于左半球和右半球之间的接触区附近，以向照明区发光；以及辅助灯挡板，置于辅助灯部周围，以防止待测光源发出的光直接照射到辅助灯部，并且也防止从辅助灯部发出的光直接照射到待测光源。

Description

积分球光度计及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种使用积分球和光度计来测量光通量（单位：lm）的装置，更具体地，涉及一种甚至可以应用到大小为几十厘米或者更大且仅在特定方向发光的面光源、半球以及小型传统光源的积分球光度计。

背景技术

总光通量是描述光源的净照明性能的关键参数之一，其被定义为光源在所有方向发出的光通量（单位：lm）的总和。例如，基于总光通量评估照明效率（单位：lm/W），其被确定为输出总光通量（单位：lm）与输入电功率（单位：W）的比。因此，在评估发光装置的性能方面，总光通量的准确测量是非常重要的。

通常，通过测角光度计来测量总光通量。在使用已经校准的发光强度响应的参考光度计通过4π立体角测量输出发光强度的空间分布之后，总光通量可通过发光强度分布的数学积分获得。

可选地，可以通过积分球光度计来测量总光通量。原理上，积分球光度计在结构上积分该积分球内的光通量，并且给出与积分球内的光源的总光通量值几乎成比例的输出信号。由于积分球光度计利用比例性，因此通过将待测光源与总光通量已经被校准的参考灯进行比较来进行测量。积分球光度计的优点是结构简单且测量时间短。

在参考灯和待测光源为相同种类的情况下，积分球光度计可以很容易的通过单比较测量来获得高准确度总光通量。基于此优点，积分球光度计已经被广泛用于实际工作中。

然而，在参考灯和待测光源的形状、光谱分布和空间分布都不同的情况下，所有这些差异都会导致测试误差。为了减小这些误差，积分球光度计必须额外进行校正步骤。该校正步骤可以包括自吸收失配校正、频谱失配校正和空间失配校正。

参考灯用于积分球光度计的比较测量中。通常白炽灯被用作参考灯。作为公知，待测光源的校正步骤在形状和尺寸上与参考灯存在很大的不同。然而，在待测光源是大面积的面光源的情况下，自屏蔽效应可能导致很难使用积分球光度计来测量总光通量。

发明内容

本发明的实施例提供了一种积分器光度计及其测量方法。积分器光度计可包括：积分球，包括左半球和右半球；光度计，置于右半球的中心面；光度计挡板，置于光度计前面且与光度计间隔开；待测光源，置于积分球的中心区，至少向左半球的照明区发光；辅助灯部，置于左半球和右半球之间的接触区附近，以向照明区发光；以及辅助灯挡板，置于辅助灯部周围，以防止待测光源发出的光直接照射到辅助灯部，并且也防止从辅助灯部发出的光直接照射到待测光源。辅助灯本身可以具有多种角度方向性，既可如点光源一样均匀，也可如激光一样高度狭窄。

根据示例性实施例，辅助灯部可以包括：辅助灯，置于积分球内；以及反光杯，置于与辅助灯相邻，以为辅助灯提供方向性。

根据示例性实施例，辅助灯部还可以包括：调整单元，通过移动辅助灯和反光杯中的至少一个对其进行调整，从而使光照亮照明区。

根据示例性实施例，辅助灯部可以包括：辅助灯，置于积分球外；透镜，聚焦辅助灯的输出光；光传递单元，一端置于积分球内且传递透镜聚焦的光；以及孔径，为光传递单元输出的光提供方向性。

根据示例性实施例，辅助灯部可以包括：辅助灯，置于积分球外；透镜，聚焦辅助灯的输出光；光传递单元，一端置于积分球内且传递透镜聚焦的光，其中，辅助灯挡板为通过从光传递单元的一端输出的光提供方向性。

根据示例性实施例，辅助灯部可以包括：多个辅助灯部，置于左半球和右半球之间的接触区。辅助灯部照亮的区域的最外区可以与照明区匹配。

本发明的实施例还提供了一种积分球光度计的测量方法，所述积分球光度计包括：积分球，包括左半球和右半球；光度计，置于右半球的中心面；光度计挡板，置于光度计前面且与光度计间隔开；待测光源，置于积分球的中心区，至少向左半球的照明区发光；辅助灯部，置于左半球和右半球之间的接触区附近，以向照明区发光；以及辅助灯挡板，置于辅助灯部周围，以防止待测光源发出的光直接照射到辅助灯部，并且也防止从辅助灯部发出的光直接照射到待测光源，所述测量方法包括：在积分球的中心区安装参考灯，并且点燃参考灯以通过光度计测量入射光；熄灭参考灯且点燃辅助灯部以通过光度计测量入射光；移除参考灯，并且安装且点燃待测光源以通过光度计测量入射光；熄灭待测光源并点燃辅助灯部以通过光度计测量入射光；以及计算测量目标光源的总光通量。参考灯可以具有各种角分布：在4π立体角上的均匀角分布，对于右半球2π立体角上的均匀角分布和对于左半球的0强度，或者对于右半球2π立体角上的朗伯角分布和对于左半球的0强度。

根据本发明，提供了一种具有用于误差校正的辅助灯的积分球光度计，该积分球光度计能有效地校正在测量面光源的总光通量时，甚至在使用白炽灯型参考灯时由于自吸收和自屏蔽效应而引起的误差。此外，积分球光度计不仅可以用于测量特定面光源，也可用于测量具有各种大小和形状的光源。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施例的积分球光度计的剖视图。

图2是表示根据本发明的实施例的积分球光度计的透视图。

图3至图6是根据本发明的其他实施例的积分球光度计的示意图。

图7至图10根据本发明的实施例的积分球光度计的测量方法的示意图。

具体实施方式

需要一种能够测量平面型待测光源的总光通量且在功能上与使用参考灯的传统积分球光度计没有区别的积分球光度计。积分球光度计需要消除由自屏蔽效应引起的测量误差。

以下将参照附图更加全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明不应该被解释为限制到在此阐述的实施例，其可以以许多不同形式来体现。然而，这些实施例的提供，将使得本发明的公开充分和完整，并且将向本领域的技术人员完整地传递本发明的范围。在附图中，相同的标号表示相同的部件。

图1是表示根据本发明的实施例的积分球光度计的剖视图，图2是表示根据本发明的实施例的积分球光度计的透视图。

参照图1和图2，积分球光度计包括：积分球70，包括左半球70a和右半球70b；光度计10，置于右半球70b的中心面；光度计挡板20，置于光度计10前面且与光度计10间隔开；待测光源30，置于积分球70的中心区，至少向左半球70a的照明区33发光；辅助灯部40，置于左半球70a和右半球70b之间的接触区附近，以向照明区33发光；以及辅助灯挡板60，置于辅助灯部40周围，以防止待测光源30发出的光直接照射到辅助灯部40，并且也防止从辅助灯部40发出的光直接照射到待测光源30。

积分球70的直径范围可以从十几厘米到几米。积分球70的内圆周表面的反射率R可以是百分之九十或更高。积分球70的内圆周表面可以是大幅的球面，并不意味着非要被划分为左半球70a和右半球70b。积分球70可以包括彼此可移动连接的多个部分。可以通过与框架74固定连接的支撑部72来支撑积分球70。

光度计10基于光子到达光度计10时产生电信号的原理提供与光度计10的前表面上的照明度成比例的输出信号。光度计10可以被插入到置于右半球70a的中心面的通孔11，或者置于通孔11的后面。

光度计挡板20可以防止从待测光源30或参考灯（未图示）发出的光直接冲击到光度计10。光度计挡板20可以是圆盘形。光度计挡板20的反射率R可以是百分之九十或更高。光度计挡板20和光度计10的轴是彼此共轴的。光度计挡板20的直径可以大于光度计10或通孔11的直径，或者足够大以屏蔽从参考源（未图示）和待测光源30到光度计10的光。

待测光源30可以是小型化点光源或面光源。优选地，待测光源30是面光源。待测光源30可以是诸如平板显示器的背光单元的面光源，其大小为十几厘米且为平面形状，通过仅覆盖2π立体角，即仅半球，发光。

在面光源的情况下，通过传统的积分球光度计不能进行误差校正。当在传统积分球光度计中安装面光源时，其本身可能充当了低反射率的光屏蔽挡板。因此，发生自屏蔽效应以防止积分球内的光流畅地再分配。其结果是，积分球光度计的条件与测量参考灯信号时的条件不同。待测光源的尺寸越大，误差越大。为了消除误差，必须使用与待测面光源相同形状的参考灯来比较测量。然而，实际上不可能提供与每个待测光源非常匹配的参考灯。在实际工作中，积分球光度计的优点不再存在，并且通过测角光度计测量面光源显得相对复杂且需要较长测量时间。测角光度计需要高成本以及能够提供10米或更长的测量距离的空间，以测量大小为十几厘米的面光源。

辅助灯部40可以包括辅助灯42和反光杯44。辅助灯42可以包括卤钨灯、氘弧灯、炽棒灯、氦氖激光器、激光二极管和白光LED中的至少一种。辅助灯本身可以具有多种角度方向性，既可如点光源一样均匀，又可如激光一样高度狭窄。反光杯44可以为校正光源42的输出光提供方向性。也就是说，辅助灯40可以被设置为照亮通过点燃待测光源30照亮的照明区33。如果安装辅助灯部40以照亮照明区33，则辅助灯部40不仅可以对自吸收失配引起的误差提供校正，而且可以对待测光源30的自屏蔽效应引起的误差提供校正。当辅助灯部40点亮时，通过辅助灯部40的光直接到达的积分球70的内表面以及待测光源30的光直接到达的积分球40的内表面而形成基本相同的半球面。因此，待测光源通过积分球70的内反射对光度计的信号的屏蔽影响彼此相同。

为了最小化辅助灯挡板60对从待测光源30发出的光屏蔽，并且覆盖照明区33上的光，辅助灯部40必须置于左半球70a和右半球70b之间的接触区。优选地，辅助灯部40的方向与积分球70的中心轴之间的角"a"可以是10度或更小。

图3是表示根据本发明的另一实施例的积分球光度计。在此为避免重复，将省略与图1和图2中表述相同的部件。

参照图1和图3，辅助灯部40还可以包括调整单元46，通过移动辅助灯42和反光杯44中的至少一个对其进行调整，从而使光照亮照明区33。

调整单元46可以调整反光杯44与辅助灯44之间的距离或者辅助灯44的位置。因此，调整单元46可以通过控制辅助灯部40，将光准确地定位到照明区33。

图4是表示根据本发明的另一实施例的积分球光度计。在此为避免重复，将省略与图1和图2中表述相同的部件。

参照图4，辅助灯部140包括置于积分球70外的辅助灯141；透镜142，聚焦辅助灯141的输出光的透镜142；一端置于积分球70内且传递透镜142聚焦的光的光传递单元143；以及对光传递单元143输出的光提供方向性的孔径144。

辅助灯141可以包括卤钨灯、氘弧灯、炽棒灯、氦氖激光器、激光二极管和白光LED中的至少一种。辅助灯本身可以具有多种角度方向性，既可如点光源一样均匀，又可如激光一样高度狭窄。

透镜142可以聚焦光源142的输出光且将聚焦的光传递到光传递单元143。光传递单元143可以是光纤或一束光纤。光传递单元143可以是多模光纤。孔径144的内径和孔径144与光传递单元143的一端之间的距离可以提供方向性。孔径144与光传递单元143的一端之间的距离可以被调整。

图5是表示根据本发明的另一实施例的积分球光度计。在此为避免重复，将省略与图1和图2中表述相同的部件。

参照图5，辅助灯部140a可以包括置于积分球70外的辅助灯141；聚焦辅助灯141的输出光的透镜142；以及一端置于积分球70内且传递透镜142聚焦的光的光传递单元143。

辅助灯挡板60a为从光传递单元143的一端输出的光提供方向性。

图5是表示根据本发明的另一实施例的积分球光度计。在此为避免重复，将省略与图1和图2中表述相同的部件。图6是从图2中的x-y平面方向观看的示意图。

参照图6，辅助灯部可以包括多个辅助灯部40a~40d。辅助灯部40a~40d可以被布置在左半球和右半球之间的接触区。辅助灯部40a~40d照亮的区域的最外区可以与照明区33匹配。辅助灯挡板可以包括第一至第四辅助灯挡板60a~60d。

更具体地，辅助灯部可以包括第一至第四辅助灯部40a~40d，通过第一至第四辅助灯部40a~40d，可以分别形成子照明区51a~51d。子照明区51a~51d的最外区可以基本上与照明区33匹配。

下面将描述积分球光度计的误差校正过程。

图7至图10是表示根据本发明的实施例的积分球光度计的测量方法的示意图。

参照图7，积分球光度计包括：积分球70，包括左半球70a和右半球70b；光度计10，置于右半球70b的中心面；光度计挡板20，置于光度计10前面且与光度计10间隔开，待测光源30，置于积分球70的中心区，至少向左半球70a的照明区33发光；辅助灯部40，置于左半球70a和右半球70b之间的接触区附近，以向照明区33发光；以及辅助灯挡板60，置于辅助灯部140周围，以防止待测光源30发出的光直接照射到辅助灯部140，并且也防止从辅助灯部140发出的光直接照射到待测光源30。

参考灯31安装在积分球70的中心区。接着，点燃参考灯31，光度计10测量入射光以输出输出信号Y_R。假设参考灯31的总光通量的参考值被表示为Φ_R。

参照图8，熄灭参考灯31且点燃辅助灯部140。光度计10测量入射光以输出输出信号A_R。

参照图9，移除参考灯31，安装待测光源30并将其点燃。光度计10测量入射光以输出输出信号Y_T。

参照图10，熄灭待测光源30且点燃辅助灯部140。光度计10测量入射光以输出输出信号A_T。

待测光源30的总光通量Φ_T通过下面给出的公式来计算。

数学表达式1

[公式1]

Φ_{T} = (\frac{Y_{T}}{Y_{R}}) (\frac{A_{R}}{A_{T}}) Φ_{R}

尽管已经结合附图所示的实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不仅限于此。本领域的技术人员将容易理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和改变。

Claims

1.一种积分球光度计，包括：

积分球，包括左半球和右半球；

光度计，置于右半球的中心面；

光度计挡板，置于光度计前面且与光度计间隔开；

待测光源，置于积分球的中心区，至少向左半球的照明区发光；

辅助灯部，置于左半球和右半球之间的接触区附近，以向照明区发光；以及

辅助灯挡板，置于辅助灯部周围，以防止待测光源发出的光直接照射到辅助灯部，并且也防止从辅助灯部发出的光直接照射到待测光源。

2.如权利要求1所述的积分球光度计，其中，所述辅助灯部包括：

辅助灯，置于积分球内；以及

反光杯，置于与辅助灯相邻，以为辅助灯提供方向性。

3.如权利要求2所述的积分球光度计，其中，所述辅助灯部还包括：

调整单元，通过移动辅助灯和反光杯中的至少一个对所述辅助灯部进行调整，从而使光照亮照明区。

4.如权利要求1所述的积分球光度计，其中，所述辅助灯部包括：

辅助灯，置于积分球外；

透镜，聚焦辅助灯的输出光；

光传递单元，一端置于积分球内且传递透镜聚焦的光；以及

孔径，为光传递单元输出的光提供方向性。

5.如权利要求1所述的积分球光度计，其中，所述辅助灯部包括：

辅助灯，置于积分球外；

透镜，聚焦辅助灯的输出光；

光传递单元，一端置于积分球内且传递透镜聚焦的光，

其中，所述辅助灯挡板为光传递单元的一端输出的光提供方向性。

6.如权利要求1所述的积分球光度计，其中，所述辅助灯部包括：

多个辅助灯部，置于左半球和右半球之间的接触区，

其中，所述辅助灯部照亮的区域最外区与照明区匹配。

7.一种积分球光度计的测量方法，包括积分球光度计，所述积分球光度计包括：积分球，包括左半球和右半球；光度计，置于右半球的中心面；光度计挡板，置于光度计前面且与光度计间隔开；待测光源，置于积分球的中心区，至少向左半球的照明区发光；辅助灯部，置于左半球和右半球之间的接触区附近，以向照明区发光；以及辅助灯挡板，置于辅助灯部周围，以防止待测光源发出的光直接照射到辅助灯部，并且也防止从辅助灯部发出的光直接照射到待测光源，所述测量方法包括：

在积分球的中心区安装参考灯，并且点燃参考灯以通过光度计测量入射光；

熄灭参考灯且点燃辅助灯部以通过光度计测量入射光；

移除参考灯，安装且点燃待测光源以通过光度计测量入射光；

熄灭待测光源并点燃辅助灯部以通过光度计测量入射光；以及

计算测量目标光源的总光通量。