LED器件光強(qiáng)分布測(cè)試方法進(jìn)展

孫浩杰+李夢(mèng)遠(yuǎn)+莊杰+李柏承+張大偉+楊衛(wèi)橋

摘要： 針對(duì)LED器件光強(qiáng)分布的測(cè)試方法，在傳統(tǒng)光源配光曲線的測(cè)試原理的基礎(chǔ)上，闡述了旋轉(zhuǎn)法、多探測(cè)器法測(cè)試LED光強(qiáng)分布的方法。由于這些方法存在測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)量準(zhǔn)確度低以及定標(biāo)繁瑣的缺陷，進(jìn)而介紹了一種新型測(cè)試方法及裝置，即通過(guò)CCD光度探測(cè)器接收光強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)CCD的光電轉(zhuǎn)換功能將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)成像系統(tǒng)軟件便可得到整個(gè)半球面空間內(nèi)壁的光強(qiáng)圖。新的測(cè)試方法具有測(cè)試速度快、精度高、信息量豐富和直觀性的顯著優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 發(fā)光二極管（LED）； 配光曲線； 光強(qiáng)分布

中圖分類號(hào)： TN 36文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.06.019

引言LED（發(fā)光二極管）作為最新型的第四代照明光源逐漸被應(yīng)用于普通的照明領(lǐng)域，不同于傳統(tǒng)照明光源，無(wú)論是LED的發(fā)光原理還是LED的發(fā)光特性，甚至包括其發(fā)光驅(qū)動(dòng)特性以及光源結(jié)構(gòu)，都有著顯著的差別。由于LED的特殊性，對(duì)于LED光強(qiáng)分布的特性測(cè)試，需采取相應(yīng)的測(cè)試方法和技術(shù)[12]。由于目前國(guó)內(nèi)業(yè)界缺乏明確的LED發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，造成LED光強(qiáng)分布測(cè)試技術(shù)的滯后?，F(xiàn)有的LED光強(qiáng)分布特性的測(cè)試，往往采用傳統(tǒng)光源配光曲線的測(cè)試方法，將LED視為一個(gè)點(diǎn)光源，回避了LED光源特性測(cè)試方面存在的技術(shù)難題。該方法得到的結(jié)果并不能真正反映LED獨(dú)特照明原理的發(fā)光特性。如何準(zhǔn)確測(cè)量LED空間光強(qiáng)分布方法[3]以及獲得LED空間光強(qiáng)分布三維圖成為當(dāng)今業(yè)界研究的重點(diǎn)課題。目前普遍使用的傳統(tǒng)配光曲線[45]大多采用旋轉(zhuǎn)的方法測(cè)試，能夠準(zhǔn)確得到在一個(gè)二維平面上光源的光強(qiáng)分布曲線。然而，要正確反映LED器件的發(fā)光強(qiáng)度的空間分布特性僅僅一個(gè)或幾個(gè)平面的配光曲線圖是不夠的。本文著重介紹三種LED光強(qiáng)分布測(cè)試方法。其中旋轉(zhuǎn)法是由傳統(tǒng)配光曲線的原理擴(kuò)展而來(lái)，現(xiàn)在已有廠家依照該原理生產(chǎn)能夠測(cè)試LED空間光強(qiáng)分布曲線的儀器；多探測(cè)器法則是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)新的科研成果，可以實(shí)現(xiàn)LED光源光強(qiáng)分布的快速測(cè)試，其特點(diǎn)是測(cè)速快、精度高、信息量豐富，較旋轉(zhuǎn)法更具時(shí)實(shí)性與直觀性，同時(shí)還介紹一種國(guó)外新型的測(cè)試方法[6]。1三種方法研究進(jìn)展及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比傳統(tǒng)配光曲線測(cè)試一般可分為兩種：一種是LED固定不動(dòng)，接收光線的光度探測(cè)器圍繞它旋轉(zhuǎn)掃描；另外一種是光度探測(cè)器不動(dòng)，LED圍繞封裝外殼的頂點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)掃描。圖1是典型的配光曲線測(cè)試原理圖，采用的是將光度探測(cè)器固定不動(dòng)，令LED繞探測(cè)器旋轉(zhuǎn)，隨著LED的旋轉(zhuǎn)，光度探測(cè)器即時(shí)接收其光強(qiáng)。由此，LED旋轉(zhuǎn)180°之后可以得到整個(gè)平面上LED的光強(qiáng)度的分布、其準(zhǔn)確度取決于探測(cè)器獲取LED光強(qiáng)的頻率以及探測(cè)器的接收靈敏度。

1.1旋轉(zhuǎn)法（1）原理方法在舊式配光曲線測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，若是多增加一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，就可以人為設(shè)定依次獲得多個(gè)不同角度的配光曲線，再通過(guò)數(shù)據(jù)整合傳入計(jì)算機(jī)，利用軟件將其模擬化，就能形成一個(gè)空間三維的LED光強(qiáng)分布圖像[7]。旋轉(zhuǎn)法原理如圖2所示。旋轉(zhuǎn)法是在傳統(tǒng)配光曲線測(cè)試方法基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)C軸，該C軸是LED光軸物理中心到探測(cè)器中心的連線。在測(cè)量時(shí)，C軸不旋轉(zhuǎn)，V軸做180°的旋轉(zhuǎn)，可獲得一個(gè)平面LED配光曲線圖。然后再旋轉(zhuǎn)C軸一固定角度（測(cè)量者可自行制定該分度），再次固定C軸，旋轉(zhuǎn)V軸，這樣又可以獲得另外一個(gè)不同角度平面上的配光曲線。經(jīng)過(guò)多次測(cè)量（測(cè)量次數(shù)與制定C軸旋轉(zhuǎn)分度大小有關(guān)）可得出整個(gè)空間中多個(gè)平面的配光曲線，再經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)整合，即可以得到完整的空間光強(qiáng)分布曲線。該方法是基于先測(cè)試平面的光強(qiáng)分布曲線，再設(shè)定一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，并且通過(guò)360°的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)多個(gè)角度多次測(cè)量來(lái)獲得整個(gè)空間光強(qiáng)分布的目的。另外一種旋轉(zhuǎn)法如圖3所示，同樣是通過(guò)設(shè)置兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，得到多個(gè)不同角度平面的配光曲線圖，整合成一個(gè)空間光強(qiáng)分布曲線。該方法是CIE（國(guó)際發(fā)光照明委員會(huì)）推薦的測(cè)試小功率發(fā)光器件的光強(qiáng)分布測(cè)試方法。

該方法中，發(fā)光器件安裝在垂直軸線和水平軸線的交點(diǎn)處，因此可以設(shè)置兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)，并使該轉(zhuǎn)臺(tái)的垂直軸線固定，水平軸線可以移動(dòng)，探測(cè)器被固定在離發(fā)光器件一定距離的位置上。測(cè)試過(guò)程中，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)垂直軸旋轉(zhuǎn)，光度探頭測(cè)量發(fā)光器件在水平面上各方向的發(fā)光強(qiáng)度或照度值，由此可以獲得發(fā)光器件在此平面上的發(fā)光強(qiáng)度或照度的分布曲線[8]。當(dāng)一個(gè)平面測(cè)量完畢，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)水平軸使發(fā)光器件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)設(shè)定的角度，然后再測(cè)量當(dāng)前平面上的發(fā)光強(qiáng)度或照度值并獲得該平面的分布曲線。因此，隨著發(fā)光器件水平軸的間歇運(yùn)動(dòng)和垂直軸往復(fù)旋轉(zhuǎn)，最終可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光器件在各個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)度或照度的分布特性的測(cè)量。（2）旋轉(zhuǎn)測(cè)量方法優(yōu)缺點(diǎn)旋轉(zhuǎn)法是現(xiàn)今使用最廣泛的一種測(cè)量LED光強(qiáng)空間分布的方法，其使用操作方便，測(cè)量準(zhǔn)確性高，并且測(cè)量?jī)x器容易制造，定標(biāo)簡(jiǎn)單，儀器成本比較低廉。但其有一個(gè)不可忽視的缺點(diǎn)是測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，在傳統(tǒng)配光曲線測(cè)試時(shí)，為了在180°范圍內(nèi)，需要設(shè)置許多測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試時(shí)間需2～3 min。擴(kuò)展到旋轉(zhuǎn)法測(cè)試時(shí)，由于需要測(cè)量多個(gè)平面的光強(qiáng)分布，所以需要更多測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試時(shí)間更長(zhǎng)。若想要得到更精確的光強(qiáng)分布圖，就要將測(cè)試間隔分度定的更小，導(dǎo)致測(cè)量次數(shù)更多，使測(cè)量難以完成。測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的光強(qiáng)分布的各個(gè)強(qiáng)度值并不是在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上得到。由于LED輸出通常隨著時(shí)間變化不能保證穩(wěn)定，尤其如果存在溫度以及輸入功率波動(dòng)，將導(dǎo)致其輸出光強(qiáng)變化較大，所得到的光強(qiáng)分布曲線可能存在較大誤差。

1.2多探測(cè)器快速法（1）原理方法為了克服旋轉(zhuǎn)法測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，任豪等研究了一種帶有多個(gè)探測(cè)器的LED光強(qiáng)分布測(cè)試儀[1]，其原理如圖4所示。

該儀器將光源固定于樣品座上，測(cè)試環(huán)境在一個(gè)密封黑箱中，采用多路光度探測(cè)單元組成（平均分布在同一圓周）的半圓形180°的整合探測(cè)器，同時(shí)在固定LED光源的底座上增加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行多路并行的測(cè)試，通過(guò)固定光源架的轉(zhuǎn)動(dòng)角度α（在水平面XY平面上，待測(cè)樣品相對(duì)水平線X所旋轉(zhuǎn)的角度），依次轉(zhuǎn)動(dòng)待測(cè)LED并測(cè)試不同轉(zhuǎn)角的配光曲線，組合可以得到i條配光曲線（i=180/α），再進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，可以得到其三維光強(qiáng)空間分布的立體圖和半強(qiáng)度角（發(fā)光強(qiáng)度等于最大發(fā)光強(qiáng)度一半的位置構(gòu)成的角度為半強(qiáng)度角）。所得到的三維立體圖可以很好地反映LED空間分布的特性[9]。多探測(cè)器的測(cè)量方法采用多個(gè)光度探測(cè)器同步測(cè)試，以取代傳統(tǒng)的一個(gè)光路探測(cè)器多路測(cè)試的旋轉(zhuǎn)法，其可在0.2 s內(nèi)一次性獲得LED光源的二維光強(qiáng)空間分布（配光曲線），并且可以通過(guò)增加旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，固定探測(cè)器旋轉(zhuǎn)待測(cè)光源，依次測(cè)量并獲得不同旋轉(zhuǎn)角度的二維空間光強(qiáng)分布曲線，進(jìn)而獲得三維空間光強(qiáng)分布曲線。（2）多探測(cè)器測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)多探測(cè)器測(cè)量方法實(shí)用、準(zhǔn)確、快速，解決了旋轉(zhuǎn)測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、效率低兩大難題，提高了測(cè)試效率，減少人為誤差。但是由于是采用多個(gè)光度探測(cè)器組合成一個(gè)整體的180°半圓形探測(cè)器，其制作成本比較高，并且若是其中有一個(gè)探測(cè)器失效或是定標(biāo)錯(cuò)誤，將會(huì)影響整體測(cè)量精度，故在測(cè)試準(zhǔn)備和定標(biāo)方面比較繁瑣。

1.3基于CCD的測(cè)試方法該方法利用CCD圖像傳感器來(lái)做采光探測(cè)器，以很高的準(zhǔn)確度獲取整個(gè)LED光球面的光強(qiáng)成像圖，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件分析，最終可以得到更精確的LED三維光強(qiáng)分布圖。

（1）基本原理與結(jié)構(gòu)該測(cè)試方法結(jié)構(gòu)如圖5所示。待測(cè)的LED發(fā)光器件被固定在半圓球室的中心處，在半球形測(cè)量腔的內(nèi)表面涂上一層漫反射涂料，在靠近半球中心處裝了一個(gè)凸面的反射鏡，在反射鏡和LED間安裝一隔板用以隔離LED直射的光線，CCD成像光度計(jì)安置在反射鏡的正上方[10]。測(cè)量時(shí)，LED燈在半球面內(nèi)發(fā)射出光，通過(guò)半球壁的漫反射涂料均勻反射于半球內(nèi)表面上。 如圖6所示，此時(shí)半球腔內(nèi)壁不同位置所反射的LED光強(qiáng)強(qiáng)度不同。由于LED和凸面反射鏡之間存在擋光板的作用，凸面反射鏡不會(huì)直接受到LED光線的影響。此時(shí)，CCD可以通過(guò)發(fā)射鏡接收到整個(gè)半球面內(nèi)壁的圖像，如圖7所示。

CCD光度探測(cè)器可以接收到凸面反射鏡上所反射的整個(gè)半球體內(nèi)壁的圖像。由于半球面內(nèi)壁不同位置上的光強(qiáng)強(qiáng)度不同，則CCD接收到半球體內(nèi)壁表面各處的光信號(hào)也有所不同。通過(guò)CCD的光電轉(zhuǎn)換功能將所接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析形成模擬的凸反射鏡成像的二維圖形，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，進(jìn)一步對(duì)該二維圖形每一坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度以及二維圖坐標(biāo)系每一坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的半球面內(nèi)表面具體位置進(jìn)行分析，以及通過(guò)對(duì)光強(qiáng)度的準(zhǔn)確定標(biāo)，就可以獲得LED在整個(gè)空間內(nèi)精確的空間光強(qiáng)分布圖。（2）測(cè)試結(jié)果模擬圖及分析通過(guò)CCD光度探測(cè)器接收到的光強(qiáng)度，以及經(jīng)過(guò)CCD的光電轉(zhuǎn)換功能將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)成像系統(tǒng)軟件可以得到呈現(xiàn)在凸面反射鏡上的整個(gè)半球面空間內(nèi)壁的光強(qiáng)圖，該圖是一個(gè)二維的帶有坐標(biāo)系的成像圖。該模擬結(jié)果如圖8所示。這種成像示意圖類似于雷達(dá)獲取的圖像，一個(gè)圓形的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著整個(gè)半球形內(nèi)壁，其圖像在不同坐標(biāo)下有不同的顏色，通過(guò)準(zhǔn)確的定標(biāo)，可以了解到每種顏色表示的光強(qiáng)度值。其定標(biāo)可以參考CIE（國(guó)際發(fā)光照明委員會(huì)）所制定的顏色與光強(qiáng)度對(duì)比表，如圖9所示。由此可知，采用這一種新型光強(qiáng)分布測(cè)試方法，所得到的空間光強(qiáng)分布曲線很直觀，具有很強(qiáng)的立體感，可以很好地反映LED發(fā)光器件的三維空間光強(qiáng)分布特性。該測(cè)試方法的特點(diǎn)是測(cè)試速度快，測(cè)試精度高，結(jié)果圖包含的信息量豐富并更具直觀性和實(shí)用性。

2展望雖然在LED光強(qiáng)測(cè)試領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍有許多關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步探索和研究。目前的LED光強(qiáng)測(cè)試裝置和方法主要有：1）操作簡(jiǎn)單化，但存在測(cè)量時(shí)間冗長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)法測(cè)量；2）縮短測(cè)試時(shí)間以提高測(cè)試效率的多探測(cè)器快速測(cè)量法，但仍存在定標(biāo)繁瑣的弊端；3）測(cè)試結(jié)果直觀性更好的CCD和圖像處理軟件結(jié)合的測(cè)量方法等。隨著CCD光度探測(cè)器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化、高精度化已成為L(zhǎng)ED光強(qiáng)測(cè)量裝置發(fā)展的新方向，用戶可以根據(jù)測(cè)試任務(wù)需求來(lái)選擇儀器的測(cè)試性能和測(cè)試精度。通過(guò)采用CCD可以使測(cè)量準(zhǔn)確度得到進(jìn)一步提升，并且和圖像處理軟件的結(jié)合，為L(zhǎng)ED光強(qiáng)測(cè)量技術(shù)提供了一個(gè)新的思路。3結(jié)論本文綜述了旋轉(zhuǎn)法、多探測(cè)器測(cè)量法以及基于CCD的測(cè)量法的研究進(jìn)展，總結(jié)了三種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析，本文認(rèn)為，基于CCD的測(cè)量法，具有測(cè)試速度快，精度高，信息量豐富，測(cè)試結(jié)果立體感好的顯著優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)的主流方向，而且由于CCD產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)一步的發(fā)展中，CCD的測(cè)量精度也不斷提高，該測(cè)量方法所得到的結(jié)果將更加精確，更具實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]任豪，王巧彬，李康業(yè)，等.LED光源光強(qiáng)空間分布特性的快速測(cè)試[J].光學(xué)儀器，2008，30（6）：69.

[2]張九紅，莊金迅.配光曲線在照明計(jì)算中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，23（6）：941944.

[3]王巧彬，任豪，羅宇強(qiáng)，等.基于LabVIEW的LED三維特性檢測(cè)的研制[J].應(yīng)用光學(xué)，2009，30（3）：460464.

[4]費(fèi)翼.LED光強(qiáng)測(cè)試儀[J].光電子技術(shù)，1992，12（3）：313318.

[5]李天保，梁建，許并社.光子晶體提高GaN基LED出光效率的研究進(jìn)展[J].半導(dǎo)體光電，2010，31（3）：339343.

[6]FAN S H，VILLENEUVE P R，JOANNOPOULOS J D，et al.High extraction efficiency of spontaneous emission from slabs of photonic crystal[J].Physical Review Letters，1997，78（17）：32943296.

[7]WICK K，RUDDICK K.An accurate measurement of gusing falling balls[J].American Journal of Physics，1999，67（11）：962963.

[8]KANG J H，KIM H G，RYU J H，et al.Enhancement of light output power in InGaN/GaN LEDs with nanoroughed hemispherical indium tin oxide transparent ohmic contacts[J].Electrochemical and SolidState Letters，2010，13（2）：D1D3.

[9]BEARD K V.Terminal velocity and shape of cloud and precipitation drops aloft[J].Journal of Atmospheric Sciences，1976，33（5）：851864.

1.3基于CCD的測(cè)試方法該方法利用CCD圖像傳感器來(lái)做采光探測(cè)器，以很高的準(zhǔn)確度獲取整個(gè)LED光球面的光強(qiáng)成像圖，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件分析，最終可以得到更精確的LED三維光強(qiáng)分布圖。

（1）基本原理與結(jié)構(gòu)該測(cè)試方法結(jié)構(gòu)如圖5所示。待測(cè)的LED發(fā)光器件被固定在半圓球室的中心處，在半球形測(cè)量腔的內(nèi)表面涂上一層漫反射涂料，在靠近半球中心處裝了一個(gè)凸面的反射鏡，在反射鏡和LED間安裝一隔板用以隔離LED直射的光線，CCD成像光度計(jì)安置在反射鏡的正上方[10]。測(cè)量時(shí)，LED燈在半球面內(nèi)發(fā)射出光，通過(guò)半球壁的漫反射涂料均勻反射于半球內(nèi)表面上。 如圖6所示，此時(shí)半球腔內(nèi)壁不同位置所反射的LED光強(qiáng)強(qiáng)度不同。由于LED和凸面反射鏡之間存在擋光板的作用，凸面反射鏡不會(huì)直接受到LED光線的影響。此時(shí)，CCD可以通過(guò)發(fā)射鏡接收到整個(gè)半球面內(nèi)壁的圖像，如圖7所示。

CCD光度探測(cè)器可以接收到凸面反射鏡上所反射的整個(gè)半球體內(nèi)壁的圖像。由于半球面內(nèi)壁不同位置上的光強(qiáng)強(qiáng)度不同，則CCD接收到半球體內(nèi)壁表面各處的光信號(hào)也有所不同。通過(guò)CCD的光電轉(zhuǎn)換功能將所接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析形成模擬的凸反射鏡成像的二維圖形，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，進(jìn)一步對(duì)該二維圖形每一坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度以及二維圖坐標(biāo)系每一坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的半球面內(nèi)表面具體位置進(jìn)行分析，以及通過(guò)對(duì)光強(qiáng)度的準(zhǔn)確定標(biāo)，就可以獲得LED在整個(gè)空間內(nèi)精確的空間光強(qiáng)分布圖。（2）測(cè)試結(jié)果模擬圖及分析通過(guò)CCD光度探測(cè)器接收到的光強(qiáng)度，以及經(jīng)過(guò)CCD的光電轉(zhuǎn)換功能將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)成像系統(tǒng)軟件可以得到呈現(xiàn)在凸面反射鏡上的整個(gè)半球面空間內(nèi)壁的光強(qiáng)圖，該圖是一個(gè)二維的帶有坐標(biāo)系的成像圖。該模擬結(jié)果如圖8所示。這種成像示意圖類似于雷達(dá)獲取的圖像，一個(gè)圓形的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著整個(gè)半球形內(nèi)壁，其圖像在不同坐標(biāo)下有不同的顏色，通過(guò)準(zhǔn)確的定標(biāo)，可以了解到每種顏色表示的光強(qiáng)度值。其定標(biāo)可以參考CIE（國(guó)際發(fā)光照明委員會(huì)）所制定的顏色與光強(qiáng)度對(duì)比表，如圖9所示。由此可知，采用這一種新型光強(qiáng)分布測(cè)試方法，所得到的空間光強(qiáng)分布曲線很直觀，具有很強(qiáng)的立體感，可以很好地反映LED發(fā)光器件的三維空間光強(qiáng)分布特性。該測(cè)試方法的特點(diǎn)是測(cè)試速度快，測(cè)試精度高，結(jié)果圖包含的信息量豐富并更具直觀性和實(shí)用性。

2展望雖然在LED光強(qiáng)測(cè)試領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍有許多關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步探索和研究。目前的LED光強(qiáng)測(cè)試裝置和方法主要有：1）操作簡(jiǎn)單化，但存在測(cè)量時(shí)間冗長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)法測(cè)量；2）縮短測(cè)試時(shí)間以提高測(cè)試效率的多探測(cè)器快速測(cè)量法，但仍存在定標(biāo)繁瑣的弊端；3）測(cè)試結(jié)果直觀性更好的CCD和圖像處理軟件結(jié)合的測(cè)量方法等。隨著CCD光度探測(cè)器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化、高精度化已成為L(zhǎng)ED光強(qiáng)測(cè)量裝置發(fā)展的新方向，用戶可以根據(jù)測(cè)試任務(wù)需求來(lái)選擇儀器的測(cè)試性能和測(cè)試精度。通過(guò)采用CCD可以使測(cè)量準(zhǔn)確度得到進(jìn)一步提升，并且和圖像處理軟件的結(jié)合，為L(zhǎng)ED光強(qiáng)測(cè)量技術(shù)提供了一個(gè)新的思路。3結(jié)論本文綜述了旋轉(zhuǎn)法、多探測(cè)器測(cè)量法以及基于CCD的測(cè)量法的研究進(jìn)展，總結(jié)了三種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析，本文認(rèn)為，基于CCD的測(cè)量法，具有測(cè)試速度快，精度高，信息量豐富，測(cè)試結(jié)果立體感好的顯著優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)的主流方向，而且由于CCD產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)一步的發(fā)展中，CCD的測(cè)量精度也不斷提高，該測(cè)量方法所得到的結(jié)果將更加精確，更具實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]任豪，王巧彬，李康業(yè)，等.LED光源光強(qiáng)空間分布特性的快速測(cè)試[J].光學(xué)儀器，2008，30（6）：69.

[2]張九紅，莊金迅.配光曲線在照明計(jì)算中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，23（6）：941944.

[3]王巧彬，任豪，羅宇強(qiáng)，等.基于LabVIEW的LED三維特性檢測(cè)的研制[J].應(yīng)用光學(xué)，2009，30（3）：460464.

[4]費(fèi)翼.LED光強(qiáng)測(cè)試儀[J].光電子技術(shù)，1992，12（3）：313318.

[5]李天保，梁建，許并社.光子晶體提高GaN基LED出光效率的研究進(jìn)展[J].半導(dǎo)體光電，2010，31（3）：339343.

[6]FAN S H，VILLENEUVE P R，JOANNOPOULOS J D，et al.High extraction efficiency of spontaneous emission from slabs of photonic crystal[J].Physical Review Letters，1997，78（17）：32943296.

[7]WICK K，RUDDICK K.An accurate measurement of gusing falling balls[J].American Journal of Physics，1999，67（11）：962963.

[8]KANG J H，KIM H G，RYU J H，et al.Enhancement of light output power in InGaN/GaN LEDs with nanoroughed hemispherical indium tin oxide transparent ohmic contacts[J].Electrochemical and SolidState Letters，2010，13（2）：D1D3.

[9]BEARD K V.Terminal velocity and shape of cloud and precipitation drops aloft[J].Journal of Atmospheric Sciences，1976，33（5）：851864.

1.3基于CCD的測(cè)試方法該方法利用CCD圖像傳感器來(lái)做采光探測(cè)器，以很高的準(zhǔn)確度獲取整個(gè)LED光球面的光強(qiáng)成像圖，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件分析，最終可以得到更精確的LED三維光強(qiáng)分布圖。

（1）基本原理與結(jié)構(gòu)該測(cè)試方法結(jié)構(gòu)如圖5所示。待測(cè)的LED發(fā)光器件被固定在半圓球室的中心處，在半球形測(cè)量腔的內(nèi)表面涂上一層漫反射涂料，在靠近半球中心處裝了一個(gè)凸面的反射鏡，在反射鏡和LED間安裝一隔板用以隔離LED直射的光線，CCD成像光度計(jì)安置在反射鏡的正上方[10]。測(cè)量時(shí)，LED燈在半球面內(nèi)發(fā)射出光，通過(guò)半球壁的漫反射涂料均勻反射于半球內(nèi)表面上。 如圖6所示，此時(shí)半球腔內(nèi)壁不同位置所反射的LED光強(qiáng)強(qiáng)度不同。由于LED和凸面反射鏡之間存在擋光板的作用，凸面反射鏡不會(huì)直接受到LED光線的影響。此時(shí)，CCD可以通過(guò)發(fā)射鏡接收到整個(gè)半球面內(nèi)壁的圖像，如圖7所示。

CCD光度探測(cè)器可以接收到凸面反射鏡上所反射的整個(gè)半球體內(nèi)壁的圖像。由于半球面內(nèi)壁不同位置上的光強(qiáng)強(qiáng)度不同，則CCD接收到半球體內(nèi)壁表面各處的光信號(hào)也有所不同。通過(guò)CCD的光電轉(zhuǎn)換功能將所接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析形成模擬的凸反射鏡成像的二維圖形，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，進(jìn)一步對(duì)該二維圖形每一坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度以及二維圖坐標(biāo)系每一坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的半球面內(nèi)表面具體位置進(jìn)行分析，以及通過(guò)對(duì)光強(qiáng)度的準(zhǔn)確定標(biāo)，就可以獲得LED在整個(gè)空間內(nèi)精確的空間光強(qiáng)分布圖。（2）測(cè)試結(jié)果模擬圖及分析通過(guò)CCD光度探測(cè)器接收到的光強(qiáng)度，以及經(jīng)過(guò)CCD的光電轉(zhuǎn)換功能將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)成像系統(tǒng)軟件可以得到呈現(xiàn)在凸面反射鏡上的整個(gè)半球面空間內(nèi)壁的光強(qiáng)圖，該圖是一個(gè)二維的帶有坐標(biāo)系的成像圖。該模擬結(jié)果如圖8所示。這種成像示意圖類似于雷達(dá)獲取的圖像，一個(gè)圓形的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著整個(gè)半球形內(nèi)壁，其圖像在不同坐標(biāo)下有不同的顏色，通過(guò)準(zhǔn)確的定標(biāo)，可以了解到每種顏色表示的光強(qiáng)度值。其定標(biāo)可以參考CIE（國(guó)際發(fā)光照明委員會(huì)）所制定的顏色與光強(qiáng)度對(duì)比表，如圖9所示。由此可知，采用這一種新型光強(qiáng)分布測(cè)試方法，所得到的空間光強(qiáng)分布曲線很直觀，具有很強(qiáng)的立體感，可以很好地反映LED發(fā)光器件的三維空間光強(qiáng)分布特性。該測(cè)試方法的特點(diǎn)是測(cè)試速度快，測(cè)試精度高，結(jié)果圖包含的信息量豐富并更具直觀性和實(shí)用性。

2展望雖然在LED光強(qiáng)測(cè)試領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍有許多關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步探索和研究。目前的LED光強(qiáng)測(cè)試裝置和方法主要有：1）操作簡(jiǎn)單化，但存在測(cè)量時(shí)間冗長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)法測(cè)量；2）縮短測(cè)試時(shí)間以提高測(cè)試效率的多探測(cè)器快速測(cè)量法，但仍存在定標(biāo)繁瑣的弊端；3）測(cè)試結(jié)果直觀性更好的CCD和圖像處理軟件結(jié)合的測(cè)量方法等。隨著CCD光度探測(cè)器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化、高精度化已成為L(zhǎng)ED光強(qiáng)測(cè)量裝置發(fā)展的新方向，用戶可以根據(jù)測(cè)試任務(wù)需求來(lái)選擇儀器的測(cè)試性能和測(cè)試精度。通過(guò)采用CCD可以使測(cè)量準(zhǔn)確度得到進(jìn)一步提升，并且和圖像處理軟件的結(jié)合，為L(zhǎng)ED光強(qiáng)測(cè)量技術(shù)提供了一個(gè)新的思路。3結(jié)論本文綜述了旋轉(zhuǎn)法、多探測(cè)器測(cè)量法以及基于CCD的測(cè)量法的研究進(jìn)展，總結(jié)了三種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析，本文認(rèn)為，基于CCD的測(cè)量法，具有測(cè)試速度快，精度高，信息量豐富，測(cè)試結(jié)果立體感好的顯著優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)的主流方向，而且由于CCD產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)一步的發(fā)展中，CCD的測(cè)量精度也不斷提高，該測(cè)量方法所得到的結(jié)果將更加精確，更具實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]任豪，王巧彬，李康業(yè)，等.LED光源光強(qiáng)空間分布特性的快速測(cè)試[J].光學(xué)儀器，2008，30（6）：69.

[2]張九紅，莊金迅.配光曲線在照明計(jì)算中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，23（6）：941944.

[3]王巧彬，任豪，羅宇強(qiáng)，等.基于LabVIEW的LED三維特性檢測(cè)的研制[J].應(yīng)用光學(xué)，2009，30（3）：460464.

[4]費(fèi)翼.LED光強(qiáng)測(cè)試儀[J].光電子技術(shù)，1992，12（3）：313318.

[5]李天保，梁建，許并社.光子晶體提高GaN基LED出光效率的研究進(jìn)展[J].半導(dǎo)體光電，2010，31（3）：339343.

[6]FAN S H，VILLENEUVE P R，JOANNOPOULOS J D，et al.High extraction efficiency of spontaneous emission from slabs of photonic crystal[J].Physical Review Letters，1997，78（17）：32943296.

[7]WICK K，RUDDICK K.An accurate measurement of gusing falling balls[J].American Journal of Physics，1999，67（11）：962963.

[8]KANG J H，KIM H G，RYU J H，et al.Enhancement of light output power in InGaN/GaN LEDs with nanoroughed hemispherical indium tin oxide transparent ohmic contacts[J].Electrochemical and SolidState Letters，2010，13（2）：D1D3.

[9]BEARD K V.Terminal velocity and shape of cloud and precipitation drops aloft[J].Journal of Atmospheric Sciences，1976，33（5）：851864.