LED光學(xué)設(shè)計(jì)是照明產(chǎn)品非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在光源近場(chǎng)測(cè)角光度儀問世之前，對(duì)于一次光源的模型只能靠光學(xué)設(shè)計(jì)工程師的本事與仿真軟件進(jìn)行“理論建?！?。由于理論建模與實(shí)際模型存在差異，這樣的建模方式存在兩大問題，一是透鏡多半需要重復(fù)開模，費(fèi)用昂貴;二是產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)。因此，光源近場(chǎng)測(cè)角光度儀的問世，是賜給光學(xué)設(shè)計(jì)工程師最好的禮物。近些年，隨著我們對(duì)LED產(chǎn)品光學(xué)品質(zhì)的要求越來越高，對(duì)于光源近場(chǎng)光學(xué)分布模型的需求也不斷地在增長(zhǎng)，無論是LED光源制造商還是透鏡生產(chǎn)廠商，都需要光源的光學(xué)分布模型。那么，什么是光源近場(chǎng)光學(xué)分布模型?如何利用光源近場(chǎng)測(cè)角光度儀獲得近場(chǎng)模型?近場(chǎng)測(cè)試可生成什么類型的文件以及如何利用這些生成的各種文檔?另外，對(duì)于不常規(guī)的燈珠，例如大功率模組、裸晶、5面發(fā)光的CSP等光源，又可如何處理?本文將會(huì)一一為您解答。

　　1. 光源近場(chǎng)光學(xué)分布模型及測(cè)試原理

　　目前在LED光學(xué)設(shè)計(jì)過程中，一般采用兩種模型對(duì)光源進(jìn)行模擬，分別是“光源遠(yuǎn)場(chǎng)模型”和“光源近場(chǎng)模型”。在了解光源近場(chǎng)模型之前，先簡(jiǎn)單介紹大家熟悉的光源遠(yuǎn)場(chǎng)模型。

　　光源遠(yuǎn)場(chǎng)模型是將光源看作一個(gè)點(diǎn)光源，所有光線從同一個(gè)點(diǎn)出射，一般情況下點(diǎn)光源的出光是各向同性的。光源遠(yuǎn)場(chǎng)模型由遠(yuǎn)場(chǎng)分布光度計(jì)測(cè)得，分布光度計(jì)通常包含一個(gè)用于支承及定位被測(cè)光源的機(jī)械結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)臺(tái))和光度探測(cè)器。根據(jù)CIE70的要求，在測(cè)量時(shí)光源和探測(cè)器的距離需要足夠遠(yuǎn)(一般要求測(cè)量距離應(yīng)至少為L(zhǎng)ED光源最大發(fā)光口面的5倍)，此時(shí)光源可被認(rèn)為是點(diǎn)光源。

　　對(duì)于LED光源，特別是白光光源，由于電極設(shè)計(jì)、芯片結(jié)構(gòu)以及熒光粉涂敷方式等影響，其表面的亮度和顏色并不是均勻分布的。如圖1所示，可看出每顆芯片的亮度以及光源表面的顏色分布并不完全一致。對(duì)LED光源進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)，采用遠(yuǎn)場(chǎng)模型獲取的光源信息比較粗糙，不能準(zhǔn)確反映LED光源表面的亮度、色度空間分布差異等問題，難以對(duì)光源實(shí)現(xiàn)精確的二次光學(xué)設(shè)計(jì)。因此準(zhǔn)確測(cè)量光源自身的發(fā)光模型對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)和模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

　　a) 真彩圖 b) 偽顏色圖

　　圖1白光LED光源表面亮度分布圖

　　也就是說，與光源遠(yuǎn)場(chǎng)模型最本質(zhì)的區(qū)別是，光源遠(yuǎn)場(chǎng)模型是將光源看作一個(gè)點(diǎn)光源，而光源近場(chǎng)模型則是將光源看作一個(gè)復(fù)雜的面光源。光源的形態(tài)用平面來表示，所有光線從光源的表面出射。近場(chǎng)模型更接近LED光源的實(shí)際出光情況，測(cè)量可獲得所測(cè)平面內(nèi)各點(diǎn)的亮度、色度值，為L(zhǎng)ED光源的光學(xué)設(shè)計(jì)提供更為準(zhǔn)確、詳盡的數(shù)據(jù)。

　　光源近場(chǎng)模型可以由近場(chǎng)分布光度計(jì)測(cè)得。如圖2 a)所示，近場(chǎng)分布光度計(jì)由分布光度計(jì)和成像亮度計(jì)組成，成像亮度計(jì)代替分布光度計(jì)中的光度探測(cè)器。成像亮度計(jì)采用二維光學(xué)接收元件(如CCD)，一次取樣可以實(shí)現(xiàn)所測(cè)平面內(nèi)各點(diǎn)的亮度值的測(cè)量。近場(chǎng)分布光度計(jì)中的成像亮度計(jì)面對(duì)被測(cè)LED光源，直接接收LED光源的光線束。由被測(cè)光源發(fā)出的光束都具有可測(cè)量的與距離無關(guān)的亮度值，通過測(cè)量被測(cè)LED光源表面各發(fā)光點(diǎn)在空間各個(gè)方向的亮度值，用光線追蹤的方法可準(zhǔn)確地得到LED光源的每一個(gè)平面的照度分布、空間光強(qiáng)分布和總光通量等光度參數(shù)，而且與測(cè)試距離、方向或LED表面的曲率半徑無關(guān)。如果要測(cè)量色度信息，成像亮度計(jì)換成成像色度計(jì)即可得到LED光源空間色度分布。

　　如圖2 b)所示，測(cè)量過程中光源可繞著自身機(jī)械軸轉(zhuǎn)動(dòng)，成像亮/色度計(jì)從空間各個(gè)角度拍攝光源影像，每個(gè)指定角度的測(cè)量結(jié)果都包含亮度和顏色信息，構(gòu)建光源亮度和色度輸出的三維空間圖像。測(cè)量結(jié)束后，測(cè)量軟件將這些圖像整合為描述光源亮度和色彩分布的近場(chǎng)模型，并以光強(qiáng)形式給出，光強(qiáng)I(x,y,z,θ,φ)是位置(x,y,z)和角度(θ,φ)的函數(shù)。如果進(jìn)行了色彩和光譜測(cè)量，這個(gè)函數(shù)還會(huì)包含色坐標(biāo)值或光譜。光源近場(chǎng)模型可生成射線集，用于光學(xué)設(shè)計(jì)和外推光源的遠(yuǎn)場(chǎng)分布。

圖2 a)　近場(chǎng)光學(xué)分布光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖　　　圖2 b)　近場(chǎng)光學(xué)分布光度計(jì)原理示意圖