LED光學(xué)設(shè)計是照明產(chǎn)品非常重要的一個環(huán)節(jié)，在光源近場測角光度儀問世之前，對于一次光源的模型只能靠光學(xué)設(shè)計工程師的本事與仿真軟件進(jìn)行“理論建?！薄Ｓ捎诶碚摻Ｅc實際模型存在差異，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，費用昂貴;二是產(chǎn)品開發(fā)時間長。因此，光源近場測角光度儀的問世，是賜給光學(xué)設(shè)計工程師最好的禮物。近些年，隨著我們對LED產(chǎn)品光學(xué)品質(zhì)的要求越來越高，對于光源近場光學(xué)分布模型的需求也不斷地在增長，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，什么是光源近場光學(xué)分布模型?如何利用光源近場測角光度儀獲得近場模型?近場測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?本文將會一一為您解答。

　　1. 光源近場光學(xué)分布模型及測試原理

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

　　光源遠(yuǎn)場模型是將光源看作一個點光源，所有光線從同一個點出射，一般情況下點光源的出光是各向同性的。光源遠(yuǎn)場模型由遠(yuǎn)場分布光度計測得，分布光度計通常包含一個用于支承及定位被測光源的機械結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)臺)和光度探測器。根據(jù)CIE70的要求，在測量時光源和探測器的距離需要足夠遠(yuǎn)(一般要求測量距離應(yīng)至少為LED光源最大發(fā)光口面的5倍)，此時光源可被認(rèn)為是點光源。

　　對于LED光源，特別是白光光源，由于電極設(shè)計、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LED光源進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計，采用遠(yuǎn)場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，難以對光源實現(xiàn)精確的二次光學(xué)設(shè)計。因此準(zhǔn)確測量光源自身的發(fā)光模型對光學(xué)設(shè)計和模擬結(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)場模型最本質(zhì)的區(qū)別是，光源遠(yuǎn)場模型是將光源看作一個點光源，而光源近場模型則是將光源看作一個復(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。近場模型更接近LED光源的實際出光情況，測量可獲得所測平面內(nèi)各點的亮度、色度值，為LED光源的光學(xué)設(shè)計提供更為準(zhǔn)確、詳盡的數(shù)據(jù)。

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

　　如圖2 b)所示，測量過程中光源可繞著自身機械軸轉(zhuǎn)動，成像亮/色度計從空間各個角度拍攝光源影像，每個指定角度的測量結(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。測量結(jié)束后，測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模型，并以光強形式給出，光強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)行了色彩和光譜測量，這個函數(shù)還會包含色坐標(biāo)值或光譜。光源近場模型可生成射線集，用于光學(xué)設(shè)計和外推光源的遠(yuǎn)場分布。

圖2 a)　近場光學(xué)分布光度計結(jié)構(gòu)示意圖　　　圖2 b)　近場光學(xué)分布光度計原理示意圖