电子发烧友网>今日头条> > 正文

光源近场光学分布测试浅述

2021年11月12日 15:00 ? 次阅读

LED光学设计是照明产品非常重要的一个环节,在光源近场测角光度仪问世之前,对于一次光源的模型只能靠光学设计工程师的本事与仿真软件进行“理论建模”。由于理论建模与实际模型存在差异,这样的建模方式存在两大问题,一是透镜多半需要重复开模,费用昂贵;二是产品开发时间长。因此,光源近场测角光度仪的问世,是赐给光学设计工程师最好的礼物。近些年,随着我们对LED产品光学品质的要求越来越高,对于光源近场光学分布模型的需求也不断地在增长,无论是LED光源制造商还是透镜生产厂商,都需要光源的光学分布模型。那么,什么是光源近场光学分布模型?如何利用光源近场测角光度仪获得近场模型?近场测试可生成什么类型的文件以及如何利用这些生成的各种文档?另外,对于不常规的灯珠,例如大功率模组、裸晶、5面发光的CSP等光源,又可如何处理?金鉴检测工程师将会一一为您解答。

1. 光源近场光学分布模型及测试原理

目前在LED光学设计过程中,一般采用两种模型对光源进行模拟,分别是“光源远场模型”和“光源近场模型”。在了解光源近场模型之前,先简单介绍大家熟悉的光源远场模型。

光源远场模型是将光源看作一个点光源,所有光线从同一个点出射,一般情况下点光源的出光是各向同性的。光源远场模型由远场分布光度计测得,分布光度计通常包含一个用于支承及定位被测光源的机械结构(转台)和光度探测器。根据CIE70的要求,在测量时光源和探测器的距离需要足够远(一般要求测量距离应至少为LED光源最大发光口面的5倍),此时光源可被认为是点光源。

对于LED光源,特别是白光光源,由于电极设计、芯片结构以及荧光粉涂敷方式等影响,其表面的亮度和颜色并不是均匀分布的。如图1所示,可看出每颗芯片的亮度以及光源表面的颜色分布并不完全一致。对LED光源进行二次光学设计,采用远场模型获取的光源信息比较粗糙,不能准确反映LED光源表面的亮度、色度空间分布差异等问题,难以对光源实现精确的二次光学设计。因此准确测量光源自身的发光模型对光学设计和模拟结果的准确性至关重要。

a) 真彩图 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? b) 伪颜色图

图1白光LED光源表面亮度分布图

也就是说,与光源远场模型最本质的区别是,光源远场模型是将光源看作一个点光源,而光源近场模型则是将光源看作一个复杂的面光源。光源的形态用平面来表示,所有光线从光源的表面出射。近场模型更接近LED光源的实际出光情况,测量可获得所测平面内各点的亮度、色度值,为LED光源的光学设计提供更为准确、详尽的数据。

光源近场模型可以由近场分布光度计测得。如图2 a)所示,近场分布光度计由分布光度计和成像亮度计组成,成像亮度计代替分布光度计中的光度探测器。成像亮度计采用二维光学接收元件(如CCD),一次取样可以实现所测平面内各点的亮度值的测量。近场分布光度计中的成像亮度计面对被测LED光源,直接接收LED光源的光线束。由被测光源发出的光束都具有可测量的与距离无关的亮度值,通过测量被测LED光源表面各发光点在空间各个方向的亮度值,用光线追踪的方法可准确地得到LED光源的每一个平面的照度分布、空间光强分布和总光通量等光度参数,而且与测试距离、方向或LED表面的曲率半径无关。如果要测量色度信息,成像亮度计换成成像色度计即可得到LED光源空间色度分布。

如图2 b)所示,测量过程中光源可绕着自身机械轴转动,成像亮/色度计从空间各个角度拍摄光源影像,每个指定角度的测量结果都包含亮度和颜色信息,构建光源亮度和色度输出的三维空间图像。测量结束后,测量软件将这些图像整合为描述光源亮度和色彩分布的近场模型,并以光强形式给出,光强I(x,y,z,θ,φ)是位置(x,y,z)和角度(θ,φ)的函数。如果进行了色彩和光谱测量,这个函数还会包含色坐标值或光谱。光源近场模型可生成射线集,用于光学设计和外推光源的远场分布。

poYBAGGOEHmASHevAAAfoCCbiQo781.jpg

poYBAGGOEHqAWM9yAAAj-dHmYmI866.jpg

图2 a) 近场光学分布光度计结构示意图

图2 b) 近场光学分布光度计原理示意图

2. 光源近场模型的类型及应用

总的来说,光源近场模型可分为以下几类:

a. 只包含光源的亮度或辐射度分布信息,不含颜色信息

基本上所有的仿真软件都支持此类型的光学文件,但是因为没有颜色信息,不能对光源的颜色进行准确仿真。一般来说,此类近场模型可适用于单色光(亮度)或不可见光(辐射度)光源的测试。金鉴检测配置的SIG 400可测试波长在350 nm~1000 nm范围内的光源近场模型,其中即包含了紫外和红外不可见光的测试。

图3 只含亮度信息的光源近场模型在专业分析软件中打开界面

b. 包含亮度和色度(三刺激值)的分布信息,不包含光谱信息

支持此类型的光学文件的仿真软件有限,例如业界常用的Tracepro光学仿真软件则不可使用此类型光学文件进行颜色方面的模拟。另外,因每条光线不包含光谱特性,如果照明系统中包含反射或者色散的材料或部件,则无法准确仿真光线的色散效果,难以保证接收器上色度的准确。

图4 只含亮度、色度(三刺激值)信息的光源近场模型在专业分析软件中打开界面

c. 包含亮度和色度的分布信息,同时包含光谱信息

目前大多数主流的仿真软件都支持此类型的光学文件,可以准确模拟光源的色度以及光度的分布情况。而且,如图6所示,此类近场模型可获得光源在空间任意位置的光谱分布图。

图5包含光谱信息的光源近场模型在专业分析软件中打开界面

图6 光源在空间某一位置的光谱分布图

以上提及的b类和c类近场模型均可利用Tracepro软件仿真得到如图7所示的照度(强度量)分布图,前面也已提到业界常用的Tracepro光学仿真软件不可使用不包含光谱信息的近场模型文档进行颜色方面的模拟,但是当含有光谱信息的时候,7.0版本以上的Tracepro软件即可准确地模拟光源的颜色,两者的区别可见图8 a)与图8 b),图中所用光源是暖白LED。

图7 利用Tracepro软件仿真得到的照度分布图

图8 a) TracePro仿真真彩图(不含光谱)

图8 b) TracePro仿真真彩图(含光谱)

对于用户而言,可根据自己的需要选择测量哪种类型的近场模型,金鉴检测配置的SIG 400含有光谱仪配件,可全面覆盖以上提及的3种类型的近场测试。那得到的近场模型怎么使用呢?

近场测试得到的近场模型并不能直接应用于光学仿真软件,需要通过专业光源分析软件生成对应光学仿真软件的包含任意光线数量的光线集文档,方可导入到对应的光学仿真软件中进行光学模拟,如市面上常用的仿真软件LightTools、TracePro、 ASAP、FRED、Zemax、LucidShape、OpTIcad、OSLO、SimuLux、SPEOS等。由于近场模型是光源的完整描述,因此可用它来随意生成和再生光线集(初步设计时使用较少的光线和最终设计时使用大量的光线),从而使整体设计过程更为高效。

3. 特殊光源的测试方法

金鉴检测配备的美国Radiant公司的SIG-400光源近场光学分布测试系统(如图9),专为LED灯珠、COB、模组等小光源设计,同时配备了Radiant公司最新版本的专业光源分析软件ProSource10.2.2,可生成适用于各种主流光学照明设计软件的光线集。同时对于一些特殊的LED光源,该中心经过自主研究验证,也可实现精确测量。

图9 SIG-400光源近场光学分布测试系统  图10 ProSource光源模型分析软件

a. LED芯片(裸晶)

对于LED芯片的光学测量,一般分为不带封装测量和带封装测量两种类型。如果是不带封装测量,和芯片直接接触的是空气,而实际LED封装应用一般会采用硅胶对芯片进行保护及提高光效,芯片出光会受光溢出角的影响,测量的亮度和光通量一般会和封装后的表面亮度有较大的差别。因此若测试时芯片直接接触空气,则不能准确获得使用情况下芯片的近场光源模型。如果是带封装测量,由于封装的形状和结构会影响LED本身的出光效果,因此其测量的结果只能对特定的封装形式有效。

针对以上问题,金鉴检测对于LED芯片近场测试,提供了一种特定的光源模型结构(如图11),通过模拟一种简单的封装形式,同时用近场测量设备测其在不同角度的亮度分布,得到光源的近场分布数据。由于玻璃球和折射率匹配液的相关参数已知(折射率十分接近常用硅胶的折射率),通过逆向追迹方法可以得到LED芯片表面的真实出光情况,继而可以在光学软件中模拟任意封装条件下的出光效果。

图11裸晶近场测试专用治具

b. 大功率光源(COB或模组)

对于小功率LED,可直接焊在普通的薄铝基板上即可达到散热的目的。但对于大功率LED,需要的散热器比较大,甚至比较厚,因近场测量时样品与色度计的距离很近,如果样品的散热器比较大或厚,亮度计则无法聚焦,进而不能准确测量。为此,金鉴检测自主研发了一套控温装置,可解决大功率LED(高至150W)的散热问题,进而可实现大功率LED的近场测量。同时,此控温装置可控温度范围是0~100 ℃,可满足客户在指定温度下测量的要求。

c. 五面发光的CSP光源

目前比较热门的CSP光源,特别是五面发光的光源,因其体积小,有的产品功率又大,如果焊在传统的铝基板上焊线点亮测试,焊点和焊线可能会部分挡光,且会造成一些杂散光。金鉴检测针对此类型CSP光源设计了一种特殊的散热板,完美地解决了焊点与焊线的挡光问题以及散热问题,可更精确地进行近场测量。

? ? ? ? ymf

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

芯片反向工程的意义 会用到哪些主要的工具和辅助性...

什么是芯片反向设计? 反向设计其实就是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理,实现对芯片技术原理、设计....
发表于 2021-11-12 09:59? 133次阅读
芯片反向工程的意义 会用到哪些主要的工具和辅助性...

中芯国际发布Q3财报:营收同比增长30.7% 全...

11月11日晚间, 中芯国际发布了2021年第三季度财报。截至2021年9月30日止3个月业绩公告,....
发表于 2021-11-12 09:21? 297次阅读
中芯国际发布Q3财报:营收同比增长30.7% 全...

自举电容的相关资料分享

自举电容的说明在BUCK电路中,经常会看到一个电容连接在芯片的SW和BOOST管脚之间,这个电容称之为自举电容...
发表于 2021-11-12 08:00? 0次阅读
自举电容的相关资料分享

嵌入式芯片功能学习

学习嵌入式芯片功能有哪些软件? 学习嵌入式芯片功能有哪些硬件? ...
发表于 2021-11-12 07:11? 0次阅读
嵌入式芯片功能学习

如何对STM32的USART进行调试呢

如何对STM32的USART进行调试呢?有哪些调试步骤?...
发表于 2021-11-12 07:02? 0次阅读
如何对STM32的USART进行调试呢

稳压芯片TPS54531的设计资料分享

首先,作为一款电压芯片,我们设计时候,最重要的是分析是否能满足需要。接下来,选好芯片,我们打开datasheet的资料网...
发表于 2021-11-12 06:40? 0次阅读
稳压芯片TPS54531的设计资料分享

STE相比于之前的AMTE/MTE主要特点有哪些

STE相比于之前的AMTE/MTE主要特点有哪些? vango验证和出货生产芯片的测试原理和基本方法是什么? ...
发表于 2021-11-12 06:00? 0次阅读
STE相比于之前的AMTE/MTE主要特点有哪些

广深汽车上牌指标限制将逐步放宽,芯片恐继续涨

11月9日,广东省人民政府办公厅印发《关于促进城市消费若干政策措施的通知》。根据通知,广东将逐步放宽....
发表于 2021-11-11 17:04? 28次阅读
广深汽车上牌指标限制将逐步放宽,芯片恐继续涨

CS5210的参数详情

CS5210概述 Capstone CS5210 HDMI到VGA转换器结合了HDMI输入接口和模拟....
发表于 2021-11-11 17:00? 81次阅读
CS5210的参数详情

CS5211高性价比替代PS8625|DP转LV...

PS8625是一个DP显示端口 到LVDS转换器芯片,利用GPU和显示端口(DP) 或嵌入式显示端口....
发表于 2021-11-11 16:56? 81次阅读
CS5211高性价比替代PS8625|DP转LV...

英伟达CEO认为全球芯片短缺问题不会很快结束

近日,英伟达CEO黄仁勋在接受媒体的访问时称:现在全球芯片短缺问题还在继续,全球芯片短缺问题不会很快....
发表于 2021-11-11 16:36? 444次阅读
英伟达CEO认为全球芯片短缺问题不会很快结束

龙芯3A5000处理器测评数据:自主、性能双重优...

芯片器件中最著名的产物是CPU,国内CPU行业经历步履维艰的发展,关注度越来越高,在政务、通讯、计算....
发表于 2021-11-11 16:16? 35次阅读
龙芯3A5000处理器测评数据:自主、性能双重优...

语音芯片在闹钟上的应用

今天,我们重新定义了闹钟,世界上第一款生活提醒闹钟,把生活中需要提醒的事情都装进正点闹钟,2012前....
发表于 2021-11-11 15:53? 85次阅读
语音芯片在闹钟上的应用

什么是加密芯片,它的作用是什么

加密芯片是对内部集成了各类对称与非对称算法,自身具有极高安全等级,可以保证内部存储的密钥和信息数据不....
发表于 2021-11-11 15:41? 226次阅读
什么是加密芯片,它的作用是什么

金鉴显微红外热测试系统在LED灯珠的应用案例

金鉴显微红外热测试系统,采用非接触无损测试方法,分辨率高达5um,可直接测试芯片表面温度、灯珠胶面温....
发表于 2021-11-11 15:39? 32次阅读
金鉴显微红外热测试系统在LED灯珠的应用案例

显微红外热测试系统在LED芯片的应用案例

LED芯片作为热敏感器件,温度和热分布性能直接影响其性能及可靠性。LED芯片尺寸较小,传统的接触式测....
发表于 2021-11-11 15:37? 29次阅读
显微红外热测试系统在LED芯片的应用案例

CS5213芯片的特性

1.CS5213介绍 Capstone CS5213 HDMI到VGA转换器结合了HDMI输入接口和....
发表于 2021-11-11 14:42? 73次阅读
CS5213芯片的特性

如何解决关键元器件的备货缺的问题

半导体厂商涨价、芯片供应短缺仍在持续,此阶段对关键元器件的备货十分有必要。 但缺货之下,一芯难求。因....
发表于 2021-11-11 10:42? 188次阅读
如何解决关键元器件的备货缺的问题

黄仁勋在NVIDIA GTC上发表主题演讲

11月9日,黄仁勋在NVIDIA GTC上发表主题演讲,发布了一系列新品,包括ReOpt、cuQua....
发表于 2021-11-11 10:11? 283次阅读
黄仁勋在NVIDIA GTC上发表主题演讲

汽车市场将在今年第四季度明显复苏

近几日,各大厂商开始陆续公布自己的10月份汽车销售情况,从已经公布的情况来看,整体销量表现不俗,对比....
发表于 2021-11-11 10:01? 289次阅读
汽车市场将在今年第四季度明显复苏

重磅!联发科4G芯片上涨15%,5G芯片上涨5%...

近日,IDC和Counterpoint两大调研机构报告显示,5G手机在中国、美国、印度等主要市场出货....
发表于 2021-11-11 09:54? 324次阅读
重磅!联发科4G芯片上涨15%,5G芯片上涨5%...

车规晶圆制造系列(一):头部玩家

电子发烧友网报道(文/李诚)随着传统汽车向智能化的转型,汽车的芯片用量显著上升,整个汽车市场对芯片的....
发表于 2021-11-11 09:47? 394次阅读
车规晶圆制造系列(一):头部玩家

台积电、ST和英飞凌等对外公布节能减排目标和计划

半导体代工厂是耗电、耗水大户,这也导致大量的二氧化碳被排放,近年来,随着芯片需求的迅速增长,半导体代....
发表于 2021-11-11 09:41? 244次阅读
台积电、ST和英飞凌等对外公布节能减排目标和计划

国内车规级芯片产能不能满足市场的井喷需求

最近一年以来,由于受到汽车芯片短缺的影响,出现了车企减产停工、芯片涨价的现象,目前,我国的汽车芯片还....
发表于 2021-11-11 09:29? 449次阅读
国内车规级芯片产能不能满足市场的井喷需求

继UWB和蓝牙之后 音频也要进军室内定位

电子发烧友网报道(文/周凯扬)要说当前的室内定位技术,基本上是UWB与蓝牙声势最大,5G也开始了相关....
发表于 2021-11-11 09:22? 395次阅读
继UWB和蓝牙之后 音频也要进军室内定位

EA3059电源芯片概述

概述:EA3059 是四路电源管理芯片,应用于直流5V供电或单节锂电池应用。内置四路同步电源调整模块,提供轻载高效模...
发表于 2021-11-11 09:16? 0次阅读
EA3059电源芯片概述

从Spice Model到模拟IC电路设计的转行

写博客的伊始,是兴奋的。回想自己折腾的几年,从Spice Model到模拟IC电路设计的转行,充满了意外之旅。  &n...
发表于 2021-11-11 08:07? 0次阅读
从Spice Model到模拟IC电路设计的转行

COMS电路中功耗分为两部分

COMS电路中功耗分为两部分:静态功耗和动态功耗。静态功耗是漏电流引起的功耗;动态功耗分为翻转功耗和短路功耗,...
发表于 2021-11-11 08:06? 0次阅读
COMS电路中功耗分为两部分

提高系统的抗干扰能力

抗干扰设计的基本任务是系统或装置既不因外界电磁干扰影响而误动作或丧失功能,也不向外界发送过大的噪声干扰,以免影...
发表于 2021-11-11 06:57? 0次阅读
提高系统的抗干扰能力

智能车PCB设计思路 相关资料推荐

智能车PCB设计思路一. 电源线1. 布局2. 走线二. 地线1. 重要性2. 布局三. 信号线四. 实用性五. 其他我认为判断一个...
发表于 2021-11-11 06:06? 0次阅读
智能车PCB设计思路 相关资料推荐

通用USB Type-C音视频拓展坞转换芯片

专业解决视频接口技术Capstone瑞奇达科技在2021年新推出四款低功耗单芯片USB Type-C....
发表于 2021-11-10 18:15? 163次阅读
通用USB Type-C音视频拓展坞转换芯片

瑞奇达CS系列芯片型号大全

Capstone瑞奇达科技于2018年8月在台湾成立。团队成员的多样性将硅谷和台湾的才华横溢的人联系....
发表于 2021-11-10 18:13? 161次阅读
瑞奇达CS系列芯片型号大全

CS5265替代VL102+PS176转换方案

目前USB TYPEC转HDMI2.0转换方案或者TYPEC转HDMI2.0转换器方案都是用PS17....
发表于 2021-11-10 18:12? 141次阅读
CS5265替代VL102+PS176转换方案

TI智能家居和家庭健康医疗展区介绍

前两天带大家参观了 TI 的汽车及新基建展区,相信大家已经收获满满。今天,让我们来一起欣赏 TI 最....
发表于 2021-11-10 17:51? 709次阅读
TI智能家居和家庭健康医疗展区介绍

电梯语音播报芯片在市场上带来的机遇

知道神马时候是最尬尴的吗? 可能你的脑海里会想到很多,但是我告诉你,能够媲美去女朋友家上洗手间没带手....
发表于 2021-11-10 15:37? 179次阅读
电梯语音播报芯片在市场上带来的机遇

基于FPGA的高速高精度声源定位系统技术特点

第一部分 设计概述 / Design Introduction 1.1 设计目的 频繁杂乱的鸣笛声,....
发表于 2021-11-10 14:48? 553次阅读
基于FPGA的高速高精度声源定位系统技术特点

openEuler Summit 2021:中国...

openEuler Summit 2021:国产芯片架构云打造混合多云数据中心操作系统
发表于 2021-11-10 11:48? 280次阅读
openEuler Summit 2021:中国...

汽车芯片依旧热门,各大芯片原厂/代工厂都准备了什...

业内消息人士称,汽车电子领域的芯片需求将强劲增长,中国台湾地区的晶圆代工厂和IC设计公司正在寻求扩大....
发表于 2021-11-09 17:56? 67次阅读
汽车芯片依旧热门,各大芯片原厂/代工厂都准备了什...

联发科营收年增61.5%,11月再涨15%

联发科产品供不应求,继网通芯片10月涨价二成之后,市场传出,因应新兴市场需求大好与疫后下游拉货动能增....
发表于 2021-11-09 17:54? 42次阅读
联发科营收年增61.5%,11月再涨15%

矽典微最新发布毫米波传感器生命存在感应参考设计

矽典微发布了毫米波传感器生命存在感应参考设计XenD101Pro。以高集成、低功耗、小体积的毫米波传....
发表于 2021-11-09 17:07? 29次阅读
矽典微最新发布毫米波传感器生命存在感应参考设计

笙泉科技针对智能电机推出了BLE控制BLDC的方...

目前,由于智能家居行业存在第三方操作平台,业界普遍称之当前的智能家居为“伪智能智能家居”。廖崇荣认为....
发表于 2021-11-09 17:00? 154次阅读
笙泉科技针对智能电机推出了BLE控制BLDC的方...

三星已认证新思科技PrimeLib统一库表征和验...

基于新思科技PrimeLib统一库表征和验证解决方案,双方共同客户可将汽车、AI、高性能计算和5G等....
发表于 2021-11-09 16:59? 186次阅读
三星已认证新思科技PrimeLib统一库表征和验...

CS5211替代CH7511B|DP转LVDS转...

CS5211替代CH7511B|eDP转LVDS转接板芯片总功率小于300mW,供电网络设计可以简化....
发表于 2021-11-09 16:40? 109次阅读
CS5211替代CH7511B|DP转LVDS转...

瑞奇达CS5213低成本替代AG6200|CS5...

台湾瑞奇达科技股份有限公司推出的CS5213是一款HDMI转VGA带音频信号转出的芯片方案,CS52....
发表于 2021-11-09 16:38? 40次阅读
瑞奇达CS5213低成本替代AG6200|CS5...

瑞奇达CS5210替代AG6202 CS5210...

台湾瑞奇达CS5210替代安格AG6202 HDMI to VGA不带音频|CS5210方案设计 安....
发表于 2021-11-09 16:15? 93次阅读
瑞奇达CS5210替代AG6202 CS5210...
她的小梨涡完整版免费阅读