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2017-04-25 82 次

积分球反射涂层和被测灯具位置对光学参数测试准确性的研究

在使用积分球进行光通量测量过程中,与普通光源不同,LED光源的光通量测量在的测试准确性方面对设备提出了很大的挑战。一方面LED较普通光源通常具有较强的方向性,通常不会在整个空间均匀地发光。该特性使得LED直射光在积分球表面的分布呈不均匀分布,该不均匀分布又直接导致不同LED的直接反射光相对探测器的反射特性不同。因为探测器口的位置及挡板的设置是固定的,而不同的反射分布直接表现为信号起伏。在普通的测量系统中,不同的正向发散角的LED、同一LED不同的放置方向、同一方向不同位置等差异,即使额定光通量是一致,实际测量值也表现出极大的差异性。根据客户的验证结果,普通LED测量系统LED的放置方向对光通量测量结果的影响往往超过50% (同一LED在不同方向测量得到的最大信号和最小信号的差异)。

在测量不同LED不同发光角度时,由于在积分球内表面的分布差异使得直接反射的分布对探测器的影响也不同,从而直接影响到两者测量的准确性的差异。如图1所示。

积分球反射涂层和被测灯具位置对光学参数测试准确性的研究

另一方面LED测量系统通常使用卤钨灯作为标准光源,使用的标准灯本身与LED无论实在外形上、发光的分布特性上还是光谱特性上都有较大的差异。因此二者的差异性必须进行自吸收系数的修正。

LED的方向性对测量准确性影响的一个重要原因是积分球的内表面反射特性。在普通的LED测量系统中,积分球表面涂层的反射率和朗伯特性都不是很理想。一个是反射率偏低,另一个是漫反射特性不好。低反射率的积分球表面的一个结果就是,LED的直接照射光经过很少的几次反射后就逐渐衰减,而在整个的光混合过程中,直接照射光和直接反射光占了很大的比重,起了主导作用。而在某些条件下,低反射率材料会在某些条件下挡板的后部探测器处产生强烈的阴影效应。而导致测量不准确的正是直的反射光和阴影效应。

另外较低的漫反射率对信号的衰减非常严重。由于光测量过程中,光在积分球内多次反射,每次反射都有一定的衰减,而反射率的高和低对光强的影响在多次反射后得以加强。以反射光在球内进行15次反射为例,如果两者的反射率相差5%,则信号的衰减可能会超过一倍以上。而实际上积分球内的反射率差别远远不止于此。

目前的LED测试系统还没有用于作为标准光源的标准LED,在测量过程中,还是使用校准的稳定驱动的卤钨灯作为标准光源。由于标准灯的外形结构和待测LED的差别很大,LED支架对光有吸收效应,以及标准灯安装位置与LED安装位置的差别,这些是影响测量结果准确性的重要因素。

上海力汕电子科技研发出一种IS-MA新型带载台积分球。相比传统积分球的“块状拼装”生产技术,IS-MA采用一次成型技术生产出来的积分球,其形状完全符合4π或者2π的球形结构,并采用高反射和漫反射率的涂层,将灯具开口位置设计正对与探测器位置。通过这一改善,即使在极端条件下:使用极强方向性的LED或使用极端条件的放置方式,其测量结果仍然保持了良好的一致性。

LPCE-2系统采用了校准的卤钨灯作为标准灯,同时可备选辅助灯方案,用于补偿待测LED 支架与标准灯支架差别对测量结果带来的影响。利用LPCE-2测试系统,针对前面叙述的LED测量结果准确性问题进行了针对的测试。测试条件如下:采用高亮度绿色5LED,功率约0.35W,发光角度约30°。利用LPCE-2测试系统采用9个测量方位,分别代表可能的LED放置方式如图三。

积分球反射涂层和被测灯具位置对光学参数测试准确性的研究
图三 LED不同放置方位

其测试的流明与LED所放置位置的结果和关系如图四和图五。从测量结果看,即使在最极端的情况下,即LED面向探测器开口处与LED背向开口处,光通量测量结果的峰峰值仍然小于5%,这是一个非常好的测试结果。在实际应用过程中,由于LED不会采取如此极端情况放置。在该测试中采用的是简易的测试支架,在包含定位误差的情况下,同一位置测量结果的光通量误差小于0.1%,实际测试过程中LED的光通量测量重复性误差远小于0.1%。

Number Angle Lumens Percentage
a 0 17.35 100.00%
b 45 17.39 100.20%
c 90 17.00 98.00%
d 135 16.91 97.50%
e 180 16.75 96.50%
f 225 16.45 94.80%
g 270 16.36 94.30%
h 315 16.65 96.00%
i 360 17.34 99.90%

图四 不同LED测试方位对应的流明值

力汕电子科技(上海)有限公司为力天集团LISUN GROUP的全资子公司,专注于照明和电器测试仪器的生产、研发和销售,LISUN GROUP在欧洲、美国、俄罗斯、印度和韩国都设立了展厅并驻有销售代表,于2012年在上海设立研发中心和世界级的检测实验室。力汕LISUN的全系列产品都是严格按照ISO9001:2015的要求进行研发和生产;同时也是国际照明协会CIE会员单位,所有产品都符合CIE的要求;另外,力汕LISUN的产品均通过CE认证并获得出口欧盟的资格。

力汕LISUN的主要产品包含分布光度计积分球光谱辐射度计光度计色度计LED测试仪器传导辐射测试系统雷击浪涌发生器静电发生器环境试验设备高低温湿热交变箱防水测试仪防尘试验箱安规测试仪开关插座测试仪电参数表交直流电源

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