一種基于自由曲面透鏡的led光通量測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光源測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)。本發(fā)明采用自由曲面透鏡作為LED光通量收集裝置，具體是用固定裝置將LED固定在自由曲面透鏡的底端，LED發(fā)光方向指向透鏡，探測器緊密固定在自由曲面透鏡半徑較大一端以接受光信號。待測LED光源發(fā)出的光線一部分經(jīng)由自由曲面透鏡直接透射到光電探測器上，另一部分光線在經(jīng)過自由曲面透鏡與空氣的界面時發(fā)生全反射改變光路后，也透射到光電探測器上。LED發(fā)出的所有光線都經(jīng)由自由曲面透鏡聚集后被探測器收集、測量并最終給出總光通量值的讀數(shù)。本發(fā)明操作簡易，可實(shí)現(xiàn)快速便攜式測量，且測量誤差小。
【專利說明】—種基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光源測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]LED潛在的高光效使其在普通照明中有良好的應(yīng)用前景。國家的十一五規(guī)劃中，明確將高光效的LED發(fā)展作為重點(diǎn)加以支持，除支持提高LED光效的上游技術(shù)研究外，也對LED光效等技術(shù)指標(biāo)的檢測技術(shù)等予以支持。光源光效的測試實(shí)際上難點(diǎn)在光通量的測試。光效的測量包括總光通量和電功率兩部分，對于封裝LED、LED模塊和LED燈具等各種形態(tài)的LED產(chǎn)品，不管其控制器是內(nèi)置還是外置，是交流供電或是直流供電，電功率的測量都相對簡單，且可以達(dá)到很高的測量精度；然而由于LED產(chǎn)品的特殊發(fā)光性能，LED總光通量的精確測量卻極具挑戰(zhàn)性，這也使得總光通量測量成為LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究和制定過程中的重點(diǎn)關(guān)注問題。
[0003]光源的總光通量可以采用絕對法或相對法進(jìn)行測量。前者對各種光源均能達(dá)到高準(zhǔn)確度，但測量費(fèi)時費(fèi)力。后者通常采用積分球加光度計實(shí)現(xiàn)，是一種光通量的快速測量系統(tǒng)。積分球系統(tǒng)具有測量速度快，無需暗室等優(yōu)點(diǎn)，然而對于LED產(chǎn)品，積分球系統(tǒng)存在溫度控制困、窄光束角LED燈具有夾持方向依賴性和光譜功率與常用標(biāo)準(zhǔn)燈差異大等問題。目前，LED光通量的測量誤差甚至達(dá)到40-50%，而傳統(tǒng)光源光通量測量誤差僅有幾個百分點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種可快速便攜式測量，且測量誤差小的LED光通量測量系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明提出的LED光通量測量系統(tǒng)，是一種基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)，采用自由曲面透鏡收集待測可見光LED光通量，并照射到光電探測器，從而進(jìn)行可見光LED總光通量測量。
[0006]本發(fā)明提出的基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)，由LED固定裝置1、待測LED光源2、自由曲面透鏡3、光電探測器6、余弦校正器4、V( λ )修正片5和信號處理放大電路7組成。其中:待測LED光源2通過LED固定裝置I固定于自由曲面透鏡3底部，使待測LED光源2的發(fā)光中心定位在自由曲面透鏡3底端中心；自由曲面透鏡3頂端依次連接余弦校正器4、ν(λ)修正片5和光電探測器6 ;光電探測器6連接信號處量放大電路7 ;待測LED光源2發(fā)出的光線一部分經(jīng)由自由曲面透鏡3直接透射到光電探測器6上，另一部分光線在經(jīng)過自由曲面透鏡3與空氣的界面時發(fā)生全反射改變光路后，也透射到光電探測器6上，最終實(shí)現(xiàn)所有光線的收集；光電探測器6將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，完成光通量的測量。
[0007] 本發(fā)明中，所述自由曲面透鏡3能夠利用全反射收集LED發(fā)出的邊緣光線。[0008]本發(fā)明中，所述自由曲面透鏡3中心部分的形狀可以為:
(1)焦點(diǎn)位于LED發(fā)光中心的凸透鏡，以實(shí)現(xiàn)對LED發(fā)出的中心光束的準(zhǔn)直；
(2)圓心位于LED發(fā)光中心的半球形凹透鏡，使LED發(fā)出的光線在入射到透鏡時不發(fā)射折射；
本發(fā)明中，所述光電探測器6可使用但不限于硅光電池、光敏電阻或光電倍增管等器件。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:
1、針對不同封裝形式的LED采用不同構(gòu)造的夾具固定，以保證LED的發(fā)光中心定位在自由曲面透鏡底端中心，且LED發(fā)出的小于等于180于出光角度的光線都能入射到透鏡上。
[0010]2、采用特殊設(shè)計的自由曲面透鏡作為LED的光通收集裝置，待測LED光源發(fā)出的光線一部分經(jīng)由自由曲面透鏡直接透射到光電探測器上，另一部分光線在經(jīng)過自由曲面透鏡與空氣的界面時發(fā)生全反射改變光路后，也透射到光電探測器上，最終實(shí)現(xiàn)所有光線的收集，完成光通量的測量。
[0011]3、光通量探測器采用硅光電池作為探頭材料，探頭受光面安裝余弦修正器和V(A)修正片。探頭緊密貼合自由曲面透鏡后端，以保證出射光完全為探測器所收集。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明LED總光通量測試系統(tǒng)示意圖。
[0013]圖2是一種自由曲面透鏡內(nèi)的光路示意圖。
[0014]圖3是一種自由曲面透鏡的設(shè)計原理圖。
[0015]圖中標(biāo)號:I為LED固定裝置，2為待測LED光源，3為自由曲面透鏡，4為余弦校正器，5為ν(λ )修正片,6為光電探測器,7為信號處理放大電路。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0017]實(shí)施例1:
如圖1和圖2所示，所述的光通量測試系可直接用于LED的總光通量測試。該測試系統(tǒng)由LED固定裝置1，待測LED光源2，自由曲面透鏡3，余弦校正器4，V ( λ )修正片5，硅光電池探測器6和信號處理放大電路7組成。LED固定裝置I將待測LED光源2固定于透鏡3的底端位置。完整的探測器探頭由余弦校正器4，V( λ)修正片5和光電探測器6探頭構(gòu)成，緊貼透鏡的另一端。待測LED光源2發(fā)出的光線一部分經(jīng)由自由曲面透鏡3直接透射到光電探測器6上，另一部分光線在經(jīng)過自由曲面透鏡3與空氣的界面時發(fā)生全反射改變光路后，也透射到光電探測器6上，最終實(shí)現(xiàn)所有光線的收集；光電探測器6將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，完成光通量的測量。
[0018]為了進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行闡述，下面結(jié)合圖3對一種自由曲面透鏡的設(shè)計過程進(jìn)行說明。然而所述實(shí)例僅為提供說明與解釋之用，不能用來限制本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。
[0019]該自由透鏡曲面由如下設(shè)計步驟得到:
(I)首先將LED視為點(diǎn)光源，將LED發(fā)出的光線按照出光角度分為中心小出光角度內(nèi)光線和邊緣光線。[0020](2)邊緣光線在經(jīng)過垂直于LED底面的透鏡壁時發(fā)生一次折射。過折射光線上一點(diǎn)作一條直線與折射光線相交，角度為90° -界面全反射臨界角。在一個平面內(nèi)，對等角度選取的若干邊緣光線重復(fù)上述步驟，得到一系列的參考直線。以這些參考直線的斜率作為自由曲面透鏡外壁的切線斜率，通過旋轉(zhuǎn)對稱，即可設(shè)計出符合全反射條件的透鏡外壁。
[0021](3)設(shè)計透鏡中部對應(yīng)小出光角度內(nèi)光線的形狀為焦點(diǎn)位于LED發(fā)光中心的凸透鏡，以實(shí)現(xiàn)對LED發(fā)出的中心光束進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0022](4)將得到的透鏡輪廓線導(dǎo)入到3D建模軟件中，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)對稱以生成實(shí)體。
[0023](5)將得到的完整實(shí)體導(dǎo)入到光學(xué)追跡軟件中，設(shè)置透鏡參數(shù)和追跡的條件以進(jìn)行光線追跡，對追跡的結(jié)果進(jìn)行分析并修正設(shè)計參數(shù)。
[0024]本發(fā)明采用特殊設(shè)計的自由曲面透鏡將LED發(fā)出的所有光線都收集起來，再用探測器測量其光通量值。待測LED光源發(fā)出的光線一部分經(jīng)由自由曲面透鏡直接透射到光電探測器上，另一部分光線在經(jīng)過自由曲面透鏡與空氣的界面時發(fā)生全反射改變光路后，也透射到光電探測器上，最終實(shí)現(xiàn)所有光線的收集；光電探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，完成光通量的測量。由于利用了光線的全反射原理，邊緣光線引起的誤差被降低到了最小，實(shí)現(xiàn)了光通量的精密測量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)，其特征在于由LED固定裝置、待測LED光源、自由曲面透鏡、光電探測器、余弦校正器、V( λ)修正片和信號處理放大電路組成；其中，待測LED光源通過LED固定裝置固定于自由曲面透鏡底部，使待測LED光源的發(fā)光中心定位在自由曲面透鏡底端中心；自由曲面透鏡頂端依次連接余弦校正器、V( λ )修正片和光電探測器；光電探測器連接信號處量放大電路；待測LED光源發(fā)出的光線一部分經(jīng)由自由曲面透鏡直接透射到光電探測器上，另一部分光線在經(jīng)過自由曲面透鏡與空氣的界面時發(fā)生全反射改變光路后，也透射到光電探測器上，最終實(shí)現(xiàn)所有光線的收集；光電探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，完成光通量的測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)，其特征在于所述自由曲面透鏡的中心部分，其形狀為焦點(diǎn)位于LED發(fā)光中心的凸透鏡，以實(shí)現(xiàn)對LED發(fā)出的中心光束的準(zhǔn)直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)，其特征在于所述自由曲面透鏡的中心部分，其形狀為圓心位于LED發(fā)光中心的半球形凹透鏡，使LED發(fā)出的光線在入射到透鏡時不發(fā)射折射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)，其特征在于所述光電探測器使用硅光電池、光敏電阻或光電倍增管。
【文檔編號】G01M11/02GK103969032SQ201410223445
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】林澤文, 劉木清 申請人:復(fù)旦大學(xué)