[发明专利]发光二极管光通量测量装置与方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(CIE127:2007.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 ofLEDs at NIST，2^nd 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发明的，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。

发明内容

本发明提出了一种测量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，本发明的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CIE明视觉光谱光效率函数V(λ)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一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。