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几种光强分布测量方法的比较
2021-04-07 01:37:15

市场的力量使得光源的光强分布测量方法取得了快速的发展,尤其是LED和LED灯具。但是研究机构、公司研发和生产要求的光强分布精确度不一样。

本文列举了目前常用的几种光强分布测量方法,介绍了两种新的测量方法,并对他们的优劣势进行了比较。

在这之前,咱们先了解一下成像亮度计。

成像亮度计主要结构如上图所示。它由成像镜头、CIE色彩滤镜、ND滤光片、面阵CCD探测器和数据传输与处理软件/硬件等构成。测量时,让待测物分别通过X、Y、Z三个滤镜成像,这三张图片叠加起来就得到了待测物的真实值。ND滤光片可以防止CCD过度曝光。

对应的软件提供必要的标定,使得成像亮度计可以得到多种数据。其亮度准确度在±3%,色度准确度为±0.003。软件如下图所示。

一、灯具光强分布测量方法

1、分布式光度计(Spot Goniophotometer)

待测物放在两轴转动的旋转架上,点式亮度计或者光谱辐射度计放在光源的远场采集远场光强数据。由于光源在两轴方向上转动,它周围整个空间内的数据都能收集到,并生成光强分布配光曲线数据。

2、成像亮度计(Imaging Colorimeter)

将待测灯打在远场的屏幕上,用成像亮度计抓取待测灯打在屏幕的光照度分布,并通过软件计算得到在此距离下待测灯的光强分布配光曲线。

3、两轴近场测量系统(Two Axis Near Field Goniometer)

这种方法与第一种方法较为接近,都是将待测灯装在两轴旋转架上,区别在于这里是用成像亮度计在光源近场采集它的亮度数据。

它可以建立待测灯近场的亮度和色彩数据模型,并通过射线追踪的方法,得到远场的光强分布配光曲线。

几种测量方法比较

采用以上列举三种设备测量同一颗汽车头大灯,下图是实测图。

设备

测试距离

测试时间

成像亮度计

3.4 m

10 s

近场测量系统

0.68 m

2 h

分布式光度计

3.4 m

1.25 h

其强度分布结果如下:

单点式分布式光度计

成像亮度计

近场测量系统

三种方法得到的3.4米处灯具横切面光强曲线图。其中近场测量系统的数值为推算值,其他均为实测值。

综上所述,三种方法虽然实现方式不同,但是测量结果能很好的吻合。

二、小光源光强分布测量方法

1、SIG近场测量系统(SourceImaging Goniometer)

类似于上面灯具的近场测量系统,它是用相机收集小光源的近场亮度和色彩数据,并保存为光源的近场亮度、色彩模型。此外,它还能得到灯具光学设计所需的.ray文件,可以由主流光学设计软件LightTools、TracePro、ASAP等直接导入使用。

2、成像半球

待测光源放在图示LED处,它发出的光打在了半球球壁上。球壁上有低漫射材料,可完美地记录下光源的光分布情况。位于光源左侧的凹面镜将球壁各处的光分布反射进上面的成像亮度计。这样,只需要一次拍摄,LED的光强分布就能测到了。

实物图如下。

同样,对于这两种测量方法,我们也做了数据比对。

设备

测量距离

测量时间

成像半球

225 mm

5 s

SIG近场测量系统

280 mm

1 h

成像半球测量结果

SIG测量结果成像半球测量结果

用成像半球和近场测量系统测量同一颗LED,得到的纵切面强度分布

LED

SIG

FWHM (degrees)

IS-LI

FWHM (degrees)

Difference(degrees)

RL5-W10015

13.1

13.4

.3

RL5-G5023

13.7

11.9

1.8

RL5-B2545

40.1

40.2

.1

LED

峰值位置

成像半球峰值位置

峰值位置差值

倾斜角

方位角

倾斜角

方位角

RL5-W10015

10.7

349

10.0

352

.85

RL5-G5023

4.3

313

3.2

321

1.2

RL5-B2545

6.3

61.4

6.3

63.4

.23

由此可见,两种测量方法得到的结果非常接近。

最后,对上述所有方法进行综合比较,得到以下表格:

设备

成像亮度计

近场测量系统

成像半球

分布式光度计

近场测量

远场测量

角度精确度

亮度/色彩准确度

非常好

需要空间

非常大

价格

低/中

低/高

速度

注解

是丰富的数据量和速度的折中

可以得到灯具详细的近场模型,需要空间小

测量小光源的最快解决方案

精度非常高。灯具越大,需要的空间越大。


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