LED灯泡光学设计是照明产品非常重要的一环，在光源近场角光度计出现之前，一次光源模型只能通过光学设计技术人员的能力和模拟软件进行理论模型。理论建模与实际模型有差异，这种建模方式存在两个问题。一是镜头需要重复开模，费用高二是产品开发时间长。因此，LED光源近场角光度计的出现是给光学设计工程师最好的礼物。近年来，随着我们对LED产品光学质量的要求越来越高，对光源近场光学分布模型的需求也在增加，LED光源制造商和镜头制造商都需要光源光学分布模型。那么，什么是光源近场光学分布模型？如何利用光源近场角光度计获得近场模型？现场测试可以生成什么类型的文件，如何利用这些生成的各种文件？另外，如何处理大功率模块、裸晶、5面发光的CSP等不正常的LED灯泡？本文将逐一回答你。 1.光源近场光学分布模型和测试原理。 目前，在LED光学设计过程中，一般采用两种模型模拟光源，分别为光源远端模型和光源近端模型。在了解光源近场模型之前，先简单介绍一下大家熟悉的光源远场模型。 光源远场模型将光源视为点光源，所有光线都从同一点射出，一般点光源的光是各向同性的。光源远场模型由远场分布光度计测量，分布光度计通常包括支撑和定位被测量光源的机械结构(转台)和光度探测器。根据CIE70的要求，测量时间光源和探测器的距离需要足够的距离(一般要求测量距离至少是LED光源最大发光口的5倍)，这时间光源可以认为是点光源。 对于LED光源，尤其是白光白光光源，由于电极设计、芯片结构和荧光粉涂层方法的影响，其表面的亮度和颜色不均匀分布。如图1所示，可个芯片的亮度和光源表面的颜色分布不完全一致。对LED光源进行二次光学设计，采用远程模型获取的光源信息相对粗糙，无法准确反映LED光源表面的亮度、色度空间分布差异等问题，很难对光源实现准确的二次光学设计。因此，正确测量光源本身的发光模型对光学设计和模拟结果的正确性至关重要。 a)真彩图b)假彩图。 图1白光LED光源表面亮度分布图。 也就是说，与光源远程模型最本质的区别是，光源远程模型将光源视为点光源，而光源近程模型将光源视为复杂的面光源。光源的形态用平面表示，所有的光线都从光源的表面射出。近场模型更接近LED光源的实际发光情况，测量可以获得测量平面内各点的亮度、色度值，为LED光源的光学设计提供更准确、更详细的数据。 光源近场模型可通过近场分布光度计测量。如图2a)，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)，一次取样可实现测量平面内各点亮度值的测量。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光源的光束。由测量光源发出的光束具有与距离无关的亮度值，通过测量被测量LED光源表面各发光点在空间各方向的亮度值，通过光追踪的方法可以正确得到LED光源各平面的照度分布、空间光强分布、总光通量等光度参数，与测量距离、方向或LED表面的曲率半径无关。测量色度信息时，将图像亮度计改为图像色度计，可以分布LED光源空间的色度。 如图2b)所示，在测量过程中，光源可以绕着自己的机械轴转动，成像亮度/色度计可以从空间的各个角度拍摄光源图像，每个指定角度的测量结果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成描述光源亮度和颜色分布的近场模型，以光强的形式给出，光强I(x、y、z、φ)是位置(x、y、z)和角度(⑩、φ)的函数。如果颜色和光谱测量时，该函数包括颜色坐标值和光谱。光源近场模型可生成射线集，用于光学设计和外推光源远场分布。 图2a)近场光学分布光度计结构示意图2b)近场光学分布光度计原理示意图。 2.光源近场模型的类型和应用。 一般来说，光源近场模型可分为以下几类: a.只包含光源亮度或辐射分布信息，不包含色彩信息。 基本上所有的模拟软件都支持这种类型的光学文件，但是没有颜色信息，所以不能正确模拟光源的颜色。一般来说，这种近场模型可以适用于单色光(亮度)或不可见光(辐射)光源的测试。香港科技大学佛山LED中心配置的SIG400可测试波长在350nm~1000nm范围内的光源近场模型，包括紫外线和红外线看不见光的测试。 图3只含亮度信息的光源近场模式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，(5050LED灯珠) 支持这种光学文件的模拟软件有限。例如，业界常用的Tracepro光学模拟软件不能使用这种光学文件进行颜色模拟。另外，由于各光不包含光谱特性，照明系统明系统包含反射或分散的材料或部件，正确模拟光的分散效果，难以保证接收器的颜色度的正确性。 图4只含亮度、色度(三刺激值)信息的光源近场模式，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，大多数主流拟软件都支持这种光学文件，正确模拟光源的色度和光度的分布状况。此外，如图6所示，这种近距离模型可以获得空间任何位置的光谱分布图。 图5包含光谱信息的光源近场模式在专业分析软件中打开界面。 图6光源在空间某个位置的光谱分布图。 以上提到的B类和C类近距离模型可以通过Tracepro软件模拟获得如图7所示的照度(强度量)分布图，业界常用的Tracepro光学模拟软件不能使用不包括光谱信息的近距离模型文件进行颜色模拟，但包含光谱信息时，7.0版以上的Tracepro软件即可。
