RU115890U1

RU115890U1 - REFERENCE REFERENCE SOURCE BASED ON WHITE LED

Info

Publication number: RU115890U1
Application number: RU2012102529/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Данильчик; Евгений Викторович Луценко; Сергей Викторович Никоненко
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Эталонный источник излучения на основе белого светодиода, включающий светодиод белого свечения, установленный на теплоотводящий корпус, корпус эталонного источника излучения, терморезистор, полупрозрачную рассеивающую пластину, отличающийся тем, что содержит элемент Пельтье, на котором закреплены теплоотводящий корпус и терморезистор, обеспечивающие возможность контроля и управления температурой теплоотводящего корпуса с помощью серийно выпускаемых термоконтроллеров, с лицевой стороны корпуса светодиода на расстоянии от 0,1 до 1 мм от чипа светодиода установлен диффузный отражатель, имеющий коническую форму, на внутреннюю поверхность которого нанесено высокоотражающее покрытие типа BaSO4, которые установлены на основании корпуса эталонного источника излучения и закрыты крышкой корпуса, на которой закреплена полупрозрачная рассеивающая пластина, обеспечивающая равномерное угловое распределение мощности на выходе эталонного источника. A reference radiation source based on a white LED, including a white light-emitting diode mounted on a heat sink housing, a reference radiation source housing, a thermistor, a semitransparent scattering plate, characterized in that it contains a Peltier element, on which a heat sink housing and a thermistor are fixed, providing the possibility of monitoring and control temperature of the heat-dissipating housing using commercially available thermal controllers, a diffuse reflector with a conical shape is installed on the front side of the LED housing at a distance of 0.1 to 1 mm from the LED chip, on the inner surface of which a highly reflective coating of the BaSO4 type is applied, which are installed on the base of the reference housing of the radiation source and are closed by a housing cover, on which a semitransparent diffusing plate is fixed, which provides a uniform angular power distribution at the output of the reference source.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике в части создания устройства для измерения фотометрических характеристик излучения, белых светодиодов и спектрофотометрических и колориметрических измерений образцов имеющих различную природу происхождения.The utility model relates to measuring technique in terms of creating a device for measuring the photometric characteristics of radiation, white LEDs and spectrophotometric and colorimetric measurements of samples of different origin.

Эталонный источник излучения на основе белого светодиода применяют при проведении измерений силы света и силы излучения, светового потока, яркости и энергетической яркости, коррелированной цветовой температуры светодиодов, светодиодных осветителей и других источников излучения, а также, при проведении спектрофотометрических, фотометрических и колориметрических измерений в качестве эталонного или опорного источника излучения.A reference radiation source based on a white LED is used when measuring light intensity and radiation intensity, luminous flux, brightness and energy brightness, the correlated color temperature of LEDs, LED illuminators and other radiation sources, as well as when performing spectrophotometric, photometric and colorimetric measurements reference or reference radiation source.

Так как, светодиоды имеют существенные отличия от других источников излучения, то для их корректного сравнения Международная комиссия по освещению (МКО) разработала специальные рекомендации по измерению оптических характеристик излучения светодиодов [1]. Измерение фотометрических и радиометрических величин, согласно [1], можно проводить методами, реализующими как детекторный, так и излучательный подход. Если устройства, на которых проводятся измерение оптических характеристик светодиодов, реализуют излучательный подход, то они должны калиброваться с использованием эталонных референсных светодиодов. Эталонный светодиод в соответствии с [1] должен работать при постоянном токе питания светодиодного чипа и постоянных температурных условиях, что необходимо для обеспечения стабильности оптических характеристик. Для стабилизации температуры эталонного светодиода рекомендуют помещать его в термостабилизированный корпус. Указывается, что в случае использования системы термоконтроля, эталонный светодиод стабилизирован по температуре, посредством встраивания устройства (терморезистора или термотранзистора) для контроля температуры светодиодного чипа, посредством управления его прямым напряжением питания на основе предварительно экспериментально установленной зависимости прямого напряжения питания светодиодного чипа от температуры. Также рекомендовано, чтобы пространственное и спектральное распределение мощности излучения было равномерным или близким по отношению к испытуемому светодиоду.Since LEDs have significant differences from other radiation sources, for their correct comparison, the International Commission on Lighting (CIE) has developed special recommendations for measuring the optical characteristics of LED radiation [1]. The measurement of photometric and radiometric quantities, according to [1], can be carried out by methods that implement both the detector and radiative approaches. If the devices on which the optical characteristics of the LEDs are measured implement the radiative approach, then they must be calibrated using reference reference LEDs. The reference LED in accordance with [1] must operate at a constant current supply of the LED chip and constant temperature conditions, which is necessary to ensure the stability of optical characteristics. To stabilize the temperature of the reference LED, it is recommended to place it in a thermostabilized case. It is indicated that in the case of using a thermal monitoring system, the reference LED is temperature stabilized by embedding a device (thermistor or thermistor) to control the temperature of the LED chip, by controlling its direct supply voltage based on a previously experimentally established temperature dependence of the direct supply voltage of the LED chip. It is also recommended that the spatial and spectral distribution of the radiation power be uniform or close with respect to the LED under test.

Известно эталонное устройство для передачи размера единиц координат цветности, коррелированной цветовой температуры и яркости самосветящихся объектов [2]. В этом устройстве применяют сменные референсные светодиодные источники излучения белого свечения, которые состоят из светодиодных чипов с линзами, встроенных в специальный корпус с воздушно-принудительным охлаждением. Для обеспечения равномерного распределения мощности излучения, светодиодные источники вставляют в фотометрический шар, имеющий специальное посадочное место, а также диффузную рассеивающую пластину на выходе. Основными недостатками референсных светодиодных источников излучения, являются отсутствие функций контроля и управление температурой светодиодного чипа, что не позволяет обеспечить стабильность его оптических характеристик.A reference device is known for transmitting the size of units of chromaticity coordinates, correlated color temperature and brightness of self-luminous objects [2]. This device uses interchangeable reference LED sources of white radiation, which consist of LED chips with lenses built into a special case with air-forced cooling. To ensure uniform distribution of radiation power, LED sources are inserted into a photometric ball having a special seat, as well as a diffuse scattering plate at the output. The main disadvantages of reference LED radiation sources are the lack of control functions and temperature control of the LED chip, which does not allow to ensure the stability of its optical characteristics.

Другим известным эталонным устройством является белый эталонный светодиод, предназначенный для применения в качестве эталонного или референсного источника излучения в фотометрических и колориметрических измерениях светодиодов: светового потока, силы света, яркости и коррелированной цветовой температуры [3]. Белый эталонный светодиод состоит из: светодиода с линзой; термостатированного корпуса эталонного светодиода; встроенного терморезистора, установленного на выходных контактах светодиода и используемого в качестве индикатора температуры. Стабилизацию температуры светодиодного чипа осуществляют на основе показаний терморезистора, посредством управления его прямым напряжением питания с помощью внешнего специального устройства, обеспечивающего пропорционально-интегрально-дифференциальный алгоритм (ПИД) регулирования, и на основе предварительно экспериментально установленной зависимости прямого напряжения питания от температуры светодиодного чипа. К недостаткам данного эталонного светодиода относится расположение терморезистора на выходных контактах светодиода, что обуславливает большую разность температур между чипом светодиода и терморезистора, регулирование температуры по прямому напряжению смещения светодиода, которое в общем случае зависит от старения светодиода. Для установления зависимости напряжения смещения от температуры светодиодного чипа требуются прецизионные измерения для каждого отдельного светодиодного чипа. Для осуществления ПИД-регулировки необходимо применение специально разработанного регулирующего устройства. Кроме того, при изготовлении монохромного эталонного светодиода, который должен иметь равномерное распределение мощности излучения, необходимо проводить отбор из большого числа светодиодов.Another well-known reference device is a white reference LED, intended for use as a reference or reference radiation source in the photometric and colorimetric measurements of LEDs: light flux, light intensity, brightness and correlated color temperature [3]. The white reference LED consists of: an LED with a lens; thermostatic housing of the reference LED; built-in thermistor installed on the output contacts of the LED and used as a temperature indicator. The temperature of the LED chip is stabilized based on the readings of the thermistor, by controlling its direct supply voltage using an external special device that provides a proportional-integral-differential algorithm (PID) control, and based on a previously experimentally established dependence of the direct supply voltage on the temperature of the LED chip. The disadvantages of this reference LED are the location of the thermistor on the output contacts of the LED, which leads to a large temperature difference between the LED chip and the thermistor, temperature control by the forward bias voltage of the LED, which generally depends on the aging of the LED. To establish the dependence of the bias voltage on the temperature of the LED chip, precision measurements are required for each individual LED chip. To implement PID control, it is necessary to use a specially designed control device. In addition, in the manufacture of a monochrome reference LED, which should have a uniform distribution of radiation power, it is necessary to select from a large number of LEDs.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототип) является эталонное осветительное устройство способное обеспечить эталонное светодиодное излучение (ЭОУ) [4], предназначенное для применения в качестве эталонного или референсного источника излучения при измерении оптических характеристик светодиодов и светодиодных осветителей. ЭОУ состоит из двух блоков: кубического корпуса содержащего светодиод с линзой или без нее, и цилиндрического корпуса, содержащего полупрозрачные рассеивающие пластины, выходные диафрагмы и/или линзу в различных сочетаниях. Светодиод или светодиодный модуль имеют встроенный датчик термоконтроля, и датчик контроля тока светодиода. Датчики используется в качестве индикатора температуры и тока для осуществления контроля температуры светодиодного чипа, посредством управления внешним специальным устройством. Кубический корпус, имеет выходное отверстие для вывода излучения. На выходное отверстие кубического корпуса устанавливают цилиндрический блок, что обеспечивает равномерное распределение мощности излучения на выходе ЭОУ.The closest in technical essence to the claimed (prototype) is a reference lighting device capable of providing a reference LED radiation (EOW) [4], intended for use as a reference or reference radiation source for measuring the optical characteristics of LEDs and LED illuminators. The EOC consists of two blocks: a cubic housing containing an LED with or without a lens, and a cylindrical housing containing translucent diffuser plates, output apertures and / or a lens in various combinations. The LED or LED module has a built-in thermal monitoring sensor, and an LED current monitoring sensor. The sensors are used as an indicator of temperature and current to monitor the temperature of the LED chip by controlling an external special device. The cubic housing has an outlet for outputting radiation. A cylindrical block is mounted on the outlet of the cubic body, which ensures uniform distribution of the radiation power at the output of the EEC.

К недостаткам данного эталонного источника излучения относится применение датчика температуры, только в качестве индикатора, что обуславливает необходимость проведения предварительных прецизионных измерений для установления зависимости оптических характеристик от температуры при различных токах питания. Размещение белого светодиода, особенно без линзы, в корпусе кубической формы приводит к появлению перепоглощения излучения светодиодного чипа люминофором, что обуславливает отклонение оптических характеристик излучения светодиода от его исходных характеристик.The disadvantages of this reference radiation source include the use of a temperature sensor, only as an indicator, which necessitates preliminary precision measurements to establish the dependence of the optical characteristics on temperature at various supply currents. Placing a white LED, especially without a lens, in a cubic case leads to the appearance of reabsorption of the LED chip radiation with a phosphor, which causes the deviation of the optical characteristics of the LED radiation from its original characteristics.

Задачей полезной модели является создание эталонного стабильного источника излучения на основе белого светодиода имеющего равномерное распределение в пределах стандартных углов фотометрического и колориметрического наблюдателя, который можно использовать в качестве эталонного или референсного источника излучения при проведении высокоточных измерений фотометрических характеристик излучения, белых светодиодов, колориметрических и спектрофотометрических измерений образцов, имеющих различную природу происхождения.The objective of the utility model is to create a stable reference radiation source based on a white LED that has a uniform distribution within the standard angles of the photometric and colorimetric observer, which can be used as a reference or reference radiation source for high-precision measurements of the photometric characteristics of radiation, white LEDs, colorimetric and spectrophotometric measurements samples of different origin.

Поставленная задача решается тем, что эталонный источник излучения на основе белого светодиода, установленного на теплоотводящий корпус; корпус эталонного источника излучения, терморезистор, полупрозрачную рассеивающую пластину, отличающийся тем, что содержит элемент Пельтье, на который закреплены теплоотводящий корпус светодиода и терморезистор, обеспечивающие возможность контроля и управления температурой теплоотводящего корпуса с помощью серийно выпускаемых термоконтроллеров, с лицевой стороны корпуса светодиода на расстоянии от 0,1 до 1 мм от чипа светодиода установлен диффузный отражатель, имеющий коническую форму, на внутреннюю поверхность которого нанесено высокоотражающее покрытие, типа BaSO₄, которые установлены на основании корпуса эталонного источника излучения, и закрыты крышкой корпуса, на которой закреплена полупрозрачная рассеивающая пластина, обеспечивающая равномерное угловое распределение мощности излучения на выходе источника излучения.The problem is solved in that the reference radiation source based on a white LED mounted on a heat sink; the housing of the reference radiation source, a thermistor, a translucent scattering plate, characterized in that it contains a Peltier element on which the heat sink of the LED and the thermistor are fixed, which provide the ability to control and control the temperature of the heat sink body using commercially available thermal controllers, from the front of the LED housing at a distance from 0.1 to 1 mm from the LED chip, a diffuse reflector is installed, having a conical shape, on the inner surface of which you are applied a juice-reflecting coating, such as BaSO ₄ , which are installed on the base of the reference radiation source housing and are closed by a housing cover on which a translucent scattering plate is fixed, providing a uniform angular distribution of the radiation power at the output of the radiation source.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена предлагаемая полезная модель. Полезная модель изображена схематически на фигуре 1, содержит: светодиод белого свечения 1 установленный на теплоотводящий корпус 2; элемент Пельтье 3; терморезистор 4; диффузный конический отражатель 5; основание корпуса 6; полупрозрачную рассеивающую пластину 7; крышку корпуса 8, контактные выводы питания 9 светодиода, элемента Пельтье и терморезистора.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows the proposed utility model. A utility model is shown schematically in figure 1, it contains: a white LED 1 mounted on a heat sink 2; Peltier element 3; thermistor 4; diffuse conical reflector 5; housing base 6; a translucent diffusion plate 7; housing cover 8, power supply terminals 9 of the LED, Peltier element and thermistor.

Эталонный источник излучения на основе белого светодиода работает следующим образом: постоянный ток инжекции подается на светодиод белого свечения 1, температура которого регулируется Пельтье элементом 3 на основании значения сопротивления терморезистора 4. Поскольку тепловое сопротивление корпуса светодиода составляет величину от 5 до 10 К/Вт и указывается производителем, то температура чипа светодиода может быть задана без проведения предварительных исследований. Тепло, выделяемое Пельтье элементом, отводится через корпус 6.A reference radiation source based on a white LED works as follows: a direct injection current is supplied to a white LED 1, the temperature of which is controlled by a Peltier element 3 based on the resistance value of the thermistor 4. Since the thermal resistance of the LED housing is from 5 to 10 K / W and is indicated manufacturer, the temperature of the LED chip can be set without preliminary research. The heat generated by the Peltier element is removed through the housing 6.

Предлагаемый эталонный источник излучения на основе белого светодиода позволяет: повысить стабильность оптических характеристик светодиода при различных токах питания и увеличить его время жизни, за счет применения термостабилизации теплоотводящего корпуса светодиода, что способствует минимизации ошибок фотометрических, колориметрических и спектрофотометрических измерений, обусловленных флуктуациями оптических характеристик источника излучения. Отсутствует необходимость в предварительных измерениях для установления зависимости напряжения инжекции светодиода от температуры, что используется для регулировки температуры светодиодного чипа согласно [1]. Для регулировки температуры эталонного светодиода можно применять серийно выпускаемые термоконтроллеры. Использование диффузного отражателя конической формы, на внутреннюю поверхность которого нанесено высокоотражающее покрытие, типа BaSO₄ существенно снижает перепоглощение излучения люминофором светодиода, что уменьшает отклонение оптических характеристик излучения светодиода от его исходных характеристик и соответственно уменьшает ошибки фотометрических, колориметрических и спектрофотометрических измерений. Сочетание диффузного отражателя конической формы и полупрозрачной рассеивающей пластины обеспечивает равномерное угловое распределение мощности излучения эталонного источника излучения на основе белого светодиода в пределах стандартных углов фотометрического и колориметрического наблюдателя.The proposed reference source of radiation based on a white LED allows you to: increase the stability of the optical characteristics of the LED at various supply currents and increase its life time through the use of thermal stabilization of the heat sink of the LED, which helps to minimize errors in photometric, colorimetric and spectrophotometric measurements due to fluctuations in the optical characteristics of the radiation source . There is no need for preliminary measurements to establish the dependence of the injection voltage of the LED on temperature, which is used to adjust the temperature of the LED chip according to [1]. To adjust the temperature of the reference LED, you can use commercially available temperature controllers. The use of a conical-shaped diffuse reflector, on the inner surface of which a highly reflective coating is applied, such as BaSO ₄ significantly reduces the absorption of radiation by the LED phosphor, which reduces the deviation of the optical characteristics of the LED radiation from its original characteristics and, accordingly, reduces the errors of photometric, colorimetric, and spectrophotometric measurements. The combination of a conical diffuse reflector and a translucent scattering plate provides a uniform angular distribution of the radiation power of a reference radiation source based on a white LED within the standard angles of a photometric and colorimetric observer.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. CIE 127: 2007 Technical report CIE. Measurement of LEDs. 2nd edition Publication. - Vienna, CIE Central Bureau, 2007 - 32 p.1. CIE 127: 2007 Technical report CIE. Measurement of LEDs. 2nd edition Publication. - Vienna, CIE Central Bureau, 2007 - 32 p.

2. Патент RU 91761 U1 от 03.11.2009 на полезную модель «Эталонное устройство для передачи размера единиц координат цветности самосветящихся объектов». Заявители - Институт физики НАН Беларуси, БелГИМ. Авторы - Тарасова О.Б. (БелГИМ), Скумс Д.В. (БелГИМ), Лысенок О.Н. (БелГИМ), Никоненко С.В. (Институт физики). Опубликовано 27.02.2010. (Российская Федерация)2. Patent RU 91761 U1 dated November 3, 2009 for the utility model “A reference device for transmitting the size of color coordinate units of self-luminous objects”. Applicants - Institute of Physics, National Academy of Sciences of Belarus, BelGIM. Authors - Tarasova O.B. (BelGIM), Skums D.V. (BelGIM), Lysenok O.N. (BelGIM), Nikonenko S.V. (Institute of Physics). Published on February 27th, 2010. (The Russian Federation)

3. М.Lindemann, R.Maas. Photometry and colometry of reference LEDs by using a compact goniophotometer. Joumel of Metrology of India. Vol.24, №3, 2009, P.143-152;3. M. Lindemann, R. Maas. Photometry and colometry of reference LEDs by using a compact goniophotometer. Joumel of Metrology of India. Vol.24, No. 3, 2009, P.143-152;

4. Standard illuminant apparatus capable of providing standard led light: пат. US 2009167189 США, МПК7 H01J 61/52, F21S 6/00, F21V 3/00, F21V 8/00 / Wu Kuei-Neng, Chen Cheng-Hsien; Chang Chia-Ying; Huang Ming-Chieh (Тайвань); заявитель Industrial Technology Research Institute. - №12/196500; заявл. 22.08.2008; опубл. 02.07.20094. Standard illuminant apparatus capable of providing standard led light: US Pat. US 2009167189 USA, IPC7 H01J 61/52, F21S 6/00, F21V 3/00, F21V 8/00 / Wu Kuei-Neng, Chen Cheng-Hsien; Chang Chia-Ying; Huang Ming-Chieh (Taiwan); Applicant Industrial Technology Research Institute. - No. 12/196500; declared 08/22/2008; publ. 07/02/2009

Claims

A reference radiation source based on a white LED, including a white LED mounted on a heat sink body, a body of a reference radiation source, a thermistor, a translucent diffusion plate, characterized in that it contains a Peltier element on which a heat sink body and a thermistor are mounted, which allow monitoring and control the temperature of the heat sink housing using commercially available thermal controllers on the front side of the LED housing at a distance of 0.1 to 1 mm a diffuse reflector is installed from the LED chip, having a conical shape, on the inner surface of which a highly reflective coating of the BaSO ₄ type is applied, which are installed on the base of the reference radiation source housing and covered by a housing cover on which a translucent diffuse plate is fixed, which ensures uniform angular distribution of power at the output of the reference source.