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)：

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)指標的檢測技術(shù)等予以支持。光源光效的測試實際上難點在光通量的測試。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)標準研究和制定過程中的重點關(guān)注問題。

光源的總光通量可以采用絕對法或相對法進行測量。前者對各種光源均能達到高準確度，但測量費時費力。后者通常采用積分球加光度計實現(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，然而對于LED 產(chǎn)品，積分球系統(tǒng)溫度控制困難，且窄光束角LED燈具有夾持方向依賴性，光譜功率分布與常用標準燈差異大。目前，用積分球法進行LED光通量的測量誤差極大，甚至達到40-50%，而傳統(tǒng)光源光通量的測量誤差僅有幾個百分點。

因此快速測量LED的光通量亟須一種新的測試辦法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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)。

本發(fā)明提出的LED光通量測量系統(tǒng)，是一種基于等權(quán)收集自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)，采用自由曲面透鏡能夠等權(quán)收集待測可見光LED光通量，并照射到光電探測器，從而進行可見光LED總光通量測量。

本發(fā)明提出的基于等權(quán)收集自由曲面透鏡的LED光通量測量系統(tǒng)，由LED固定裝置、待測LED光源、自由曲面透鏡、余弦校正器、V(λ)修正模塊、光電探測器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)修正模塊和光電探測器；光電探測器連接信號處理放大電路；所述自由曲面透鏡用于實現(xiàn)所有光線的等權(quán)收集，保持每根出射光線所占總光線能量的權(quán)重不變；

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余弦校正器，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，也透射到余弦校正器，光源發(fā)出的所有光線都經(jīng)由自由曲面透鏡等權(quán)收集，保持每根出射光線所占總光線能量的權(quán)重不變，再由余弦校正器和V(λ)修正模塊進行修正，等權(quán)被探測器收集，最終由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。

本發(fā)明中 ，所述自由曲面透鏡3可以實現(xiàn)待測光源2所有光線的等權(quán)收集，保持每根出射光線所占總光線能量的權(quán)重不變。

本發(fā)明中，所述自由曲面透鏡3外表面為拋物面，內(nèi)表面為凹面，能保證可以實現(xiàn)2π立體角內(nèi)所有光線的收集，包括LED發(fā)出的邊緣光線。

本發(fā)明中，所述V(λ)修正模塊5采用多通道光電轉(zhuǎn)換器件，對光譜進行分段修正。

本發(fā)明種，所述光電探測器6可以采用但不僅限于硅光電池、光敏電阻或光電倍增管等。

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度出光角度的光線都能入射到透鏡上；

（2）采用特殊設(shè)計的自由曲面透鏡作為LED的光線等權(quán)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余弦校正器上，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，也透射到余弦校正器，光源發(fā)出的所有光線都經(jīng)由自由曲面透鏡收集，保持每根出射光線所占總光線能量的權(quán)重不變，測量結(jié)果更準確；

（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校正器和V(λ)修正模塊，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。

附圖說明

圖1是本發(fā)明 LED 總光通量測試系統(tǒng)示意圖 。

圖2是一種等權(quán)收集自由曲面透鏡內(nèi)的光路示意圖 。

圖3是一種等權(quán)收集自由曲面透鏡的設(shè)計原理圖 。

圖中標號：1為LED固定裝置，2為待測LED光源，3為等權(quán)收集自由曲面透鏡，4為余弦校正器，5為V(λ)修正片，6為光電探測器，7為信號處理放大電路。

具體實施方式

下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。

實施例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1將待測LED光源2固定于自由曲面透鏡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直接透射到余弦校正器4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，也透射到余弦校正器4上，光源發(fā)出的所有光線都經(jīng)由自由曲面透鏡3收集，保持每根出射光線所占總光線能量的權(quán)重不變，再由余弦校正器4和V(λ)修正模塊5進行修正，等權(quán)被光電探測器6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。

為了進一步對本發(fā)明進行闡述，下面結(jié)合圖3對一種自由曲面透鏡的設(shè)計過程進行說明。然而所述實例僅為提供說明與解釋之用，不能用來限制本發(fā)明專利的保護范圍。

該自由透鏡由面由如下設(shè)計步驟得到 ：

（1）首先將LED視為點光源，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；

（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曲面；

（3）設(shè)計透鏡中部對應(yīng)小出光角度內(nèi)光線的形狀為焦點位于LED發(fā)光中心的凸透鏡，以實現(xiàn)對LED發(fā)出的中心光束進行準直；

（4）將得到的透鏡輪廓線導(dǎo)入到3D建模軟件中，進行旋轉(zhuǎn)對稱以生成實體；

（5）將得到的完整實體導(dǎo)入到光學(xué)追跡軟件中，設(shè)置透鏡參數(shù)和追跡的條件以進行光線追跡，對追跡的結(jié)果進行分析并修正設(shè)計參數(shù)。

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，最終實現(xiàn)所有光線的等權(quán)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，實現(xiàn)了光通量的精密測量。