影响LED光度参数测量准确度的主要因素及修正方法

论文摘要

作为新一代光源LED,具有与传统光源和辐射源不同的诸多特点。这对测量和应用、乃至研制,都提出了新的、不能完全按常规方法解决的问题,必须探索新的措施。CIE-127出版物指出：用响应度不均匀的探测器来测量分布不均匀的光照场时,可能会引入大的测量误差。在测量单色的LED时,即使光度计的f1很小也需要考虑准单色性和探测器的V（λ）修正不完善对测量结果的影响。再者,LED总光通量小,近场条件不满足点光源条件,因此测量过程中必须对LED几何的调整和距离测量作严格要求。但是CIE-127出版物对LED的测量仅提出指导性建议,没有对探测器响应度均匀性影响以及光谱失配误差作深入阐述,本文分析了影响LED测量的诸多因素,并主要针对探测器响应度均匀性作深入研究。首先,为了准确测量探测器响应度分布,设计了专用的测量装置。本人独立完成了整套装置的机械设计、电路搭建、控制程序编写、数据分析处理以及对误差修正方法的探索。该装置经过简单变换同时也可以用于小范围的光照场照度分布的测量,实现了一机两用。实验表明,带有光漫射器的光度计其响应度的均匀性很差。而一些LED在测量截面上的光照场也很不均匀,当用一个带光漫射器的光度探测器测量某白光LED时,其测量误差达2.0%。通过理论分析首次提出由探测器响应度不均匀引起的测量误差的修正模型,并用实验验证修正方法的正确性,为探测器响应度不均匀修正的方法打开了思路,有助于LED测量方法的完善。其次,为了改善探测器响应度的不均匀性,本文设计了微型积分球对LED被测光照场进行均匀化后,再由光度探测器测量其光照度。实验表明这种方法减小了探测器响应度分布不均匀带来的测量误差,但是积分球使信噪比大幅降低,并且引入了积分球的稳定性和探测器的光谱响应变化等诸多问题。最后,由于LED光源的准单色性,其光谱组成与A光源有很大的差别,这时光度探测器的V（λ）局部修正不完善就会引起光谱失配误差,并且这个误差不能够被忽略。实验选取f1评价优良的探测器测量不同颜色的标准LED,实验结果表明即使优质的光度探测器在LED测量中都存在不能忽视的光谱失配修正误差,通过选取与被测LED光谱相近的标准LED定标光度计能很好的减小光谱失配修正误差。以此明确光谱匹配在LED测量中的重要性,推动对LED探测器评价方法的革新。本文详细地分析了影响LED测量误差的诸多因素,并针对性地对探测器的响应度分布和LED的光谱失配修正做了深入研究。一系列的研究工作为准确测量LED的光度参数提出了建议性方法,也为将来制定LED有关检测的法规和标准提供技术依据,是对CIE-127 LED测量方法的补充完善,对测量规范的进一步完备。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 LED行业现状与LED光源的特点
• 1.2 光电探测器
• 1.2.1. 光电探测器的分类
• 1.2.2. 光电探测器的主要参数及评价方法
• 第二章 光度探测器响应度均匀性的测量
• 2.1 响应度不均匀对测量结果的影响分析
• 2.2 测量装置
• 2.2.1 光度探测器响应度均匀性测量装置
• 2.2.2 光源光照场均匀性测量装置
• 2.2.3 测量装置的稳定性实验
• 2.2.4 位置调整装置
• 2.3 测量软件
• 2.4 测量结果和数据分析
• 2.4.1 光度探测器的响应度分布
• 2.4.2 光源的光照场分布
• 2.4.3 光度探测器响应度均匀性的数学模拟
• 2.4.4 不同响应度分布的探测器对不同光照场的测量结果
• 2.4.5 测量结果的修正方法
• 2.5 用积分球改善探测器响应度的均匀性
• 2.5.1 积分球介绍
• 2.5.2 积分球的设计
• 2.5.3 积分球出射光照场均匀性分布
• 2.6 不确定度评估
• 第三章 LED测量中的光谱失配修正
• 3.1 光谱失配修正
• 3.2 LED的光谱失配修正对比实验
• 3.3 实验结论
• 第四章 LED几何位置的调整、距离测量和光度计的非线性修正
• 4.1 LED的几何位置调整
• 4.2 LED与探测器之间的距离测量
• 4.3 光度计的非线性测量
• 4.3.1 测量原理及方法
• 4.3.2 光度计非线性测量结果
• 第五章 总结
• 参考文献
• 附录一 实验数据