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专利名称：积分球光度计及其测量方法
技术领域：
本发明涉及测量作为发光元件的光学性特性中的一个的总光通量(totalluminous flux,单位1m) 的积分球光度计。更详细地说,本发明涉及是对标准光源与待测光源进行比较，并在测量的过程中利用光度计及多个光检测器来使空间平均化，从而可以省略因待测光源和标准光源之间的输出空间分布的不同而导致的误差校正程序的积分球光度计。
背景技术：
光源的总光通量是指,发光元件向所有方向发出的光通量(luminousflux,单位Im)的总和。光源的照明效率(单位lm/W)，其被确定为输出总光通量(单位1m)与输入电功率(单位W)的比。因此，在评估发光装置的性能方面，总光通量的准确测量是非常重要的。通常,通过使用测角光度计(goniophotometer)来测量总光通量。将输出光通量(output luminous flux)的空间分布按照各个角度分解测量后,所述总光通量可通过将测量的所述输出光通量的角度分布的数学积分获得。作为测量所述总光通量的其他方法,可使用积分球光度计(integrating spherephotometer)将已知总光通量的标准光源与待测量的光源进行比较来求出总光通量。原理上，积分球光度计会给出与积分球内的光源的总光通量值几乎成比例的输出信号。将已知总光通量的的标准光源与待测光源依次放入到已接通的积分球光度计中。依据比例关系，可测得已知总光通量的的标准光源与待测光源的输出信号并且相互比较来测量总光通量。积分球光度计的优点是结构简单且比角度光度计的测量时间短。当标准光源与待测光源为相同种类时，所述积分球光度计具有可以很容易的通过简单的比较和测量来获得高准确度的总光通量。基于这些优点，积分球光度计已经被广泛用于实际工作中。但是，当标准光源与待测光源的形状、输出光谱分布和输出空间分布等都不同时，所述积分球光度计需要追加校正过程才可以准确地测量。所述校正过程可以包括自吸收失配(self-absorption mismatch)校正、光谱失配(spectral mismatch))校正、空间失配(spatial mismatch)校正等。虽然可以简单地执行吸收校正与光谱失配校正,但是空间失配校正却相对复杂，因为它不仅需要测量待测光源的各个角度的发光强度分布，而且还需要所述积分球光度计的空间响应分布函数(spatial response distributionfunction,SRDF)。特别是，所述空间响应分布函数是非常难以测量的。因此它基本上难以精确测量具有较大空间失配的定向光源的总光通量。精确的空间失配校正需要进行比使用角度光度计的总光通量绝对测量方法更加复杂的过程。基于此原因，积分球设备在集成领域的使用的目的不是为了保持像国家计量院等的一级标准，使用具有与待测光源相同照明输出空间分布的标准光源可使得空间响应
误差最小化。
但是大部分的总光通量标准灯发出光是点光源。并且，如果待测光源改变，则必须为每个待测光源准备另外的合适的标准灯。

发明内容
(要解决的技术问题)本发明的实施例提供一种积分球光度计，其可以消除由于测量当具有各个方向的光源的总光通量时而发生的空间失配所导致的误差。本发明的实施例也提供一种积分球光度计的测量方法，所述方法可消除由于测量当具有各个方向的光源的总光通量时而发生的空间失配所导致的误差。(解决问题的手段) 根据本发明的一实施例，所述积分球光度计包括多个光检测器；积分球，其具有对应于所述光检测器而形成的贯通孔；遮光膜，其位于所述光检测器前侧的积分球内部，以与所述光检测器间隔开；光度计，位于所述贯通孔中；以及调节部，用于调节所述光检测器的输出信号，以使得其与相对于来自位于所述积分球内的中心区域的点状标准光源所照射的光具有相同的输出信号。根据本发明的另一实施例，所述积分球光度计的测量方法包括匹配步骤，在该步骤中，在具有贯通孔的积分球内部的所述贯通孔前侧安放遮光膜以及将点状标准光源安装在积分球内部并且打开点状标准光源以使对应于所述贯通孔安置的光检测器的输出相互一致；以及测量步骤，在该步骤中，在待测光源和标准光源中测量所述光检测器的输出和所述光度计的输出。(发明的效果)根据以上所述的积分球光度计，通过对称地安置于积分球表面上的多个光检测器可以获得均匀的积分球的空间响应。此外，将所述多个光检测器安置于所述积分球的表面上的优点为当打开点状标准光源时，可通过调节使其发出相同的输出信号。可通过利用低价的多个光检测器来执行空间失配校正。因此，即使使用点光源形态的一般的标准光源，在测量定向光源时，也可以有效地消除空间失配误差。


图I是用于说明根据本发明的一实施例的积分球光度计的图。图2是用于说明图I的调节部的图。图3是用于说明本发明的积分球光度计的校正的图。图4a至图4d是用于说明根据本发明的一实施例的积分球光度计的测量方法的图。图5a及图5b是用于说明本发明的积分球光度计的吸收校正的图。
具体实施例方式正在需求着具有测量总光通量的积分球光度计的功能的且与以往的使用标准光源的积分球光度计在功能上没有差异的积分球光度计。所述积分光度计需要消除由标准光源与待测光源之间的空间失配所导致的测量误差。
根据本发明的一实施例的积分球光度计，利用高价的光度计来执行主测量而利用低价的光检测器来执行空间失配校正。此外，可以使用辅助光源和光度计来执行自吸收失配校正，并且可以使用光谱辐射仪来执行光谱失配校正。不独立形成安装光度计或光谱辐射仪的贯通孔，在移除光检测器安装的贯通孔中的光检测器后，在所述光检测器安装的贯通孔中安装光度计或光谱辐射仪即可。因此，根据本发明的积分球光度计，可以使用多个光检测器和一个光度计来准确地测量总光通量。下面参照幅图对本发明的优选实施例进行详细地说明。但是，本发明并不限定于此处说明的实施例，并可以具体化为其他形态。此处介绍的实施例是为了使公开的内容可以全面而又完整，并且为了可以向从业者充分传达本发明的思想而提供的。附图中，构件为了说明上的明确性而会被放大图示。并且，说明书整体中以相同参照符号标记的部分是表示相同的构件。
参照图I及图2，所述积分球光度计，包括多个光检测器112a 112f (其中112e和112f未图示于图I);积分球102，具有分别对应于所述光检测器112a 112f形成的贯通孔122a 122f (其中122e与122f未图示于图I);遮光膜124，在所述光检测器112a 112f前，与所述光检测器112a 112f相间隔地安置于积分球102内部；光度计114，安置于贯通孔122a中；及调节部150，调节所述光检测器112a 112f的输出信号以使其与相对于安置在所述积分球内的中心区域的标准光源140照射的光具有相同的输出信号。所述积分球102的直径可以为数十厘米至数米。所述积分球102的内周面的反射率(R)可以为90%以上。所述积分球102的内周面实际上可以为球面。所述积分球的内表面可包括多个移除部件。所述积分球102的内周面可以进行漫反射(diffuse reflection)。所述贯通孔122a 122f可相对于所述积分球102的中心可以对称地形成于所述积分球102的表面。假设所述积分球102的中心为原点,积分球102的半径为L时,直交坐标系中可以将贯通孔 122a 122f 安置在(L，0，0)，(-L,0,0), (0，L，0)，(0，_L，0)，(0,0, L)，(0,0, -L)。安置于y轴上的贯通孔122e、122f、遮光膜及光检测器112e、112f未图示于图
I。所述贯通孔相对于所述积分球102可以构成中心对称的一对。所述扩散板126，可以插入或相隔地安置于所述贯通孔122a 122f中。从所述积分球102中的光可传送到贯通孔122a 122f通过扩散板126扩散。每个扩散板126可以由乳白玻璃(opal glass)、毛玻璃、特氟纟仑(teflon)、工程玻璃(engineering glass)组成。所述遮光膜124可以与所述光检测器122a 122f相间隔地安置于所述积分球102内部。假设以所述积分球102的中心为原点，积分球的半径为L时，在直交坐标系中可以将遮光膜 124 安装于接近(L-d，0，0)，(_L+d，0，0)，(0，L-d，0)，(0，_L+d，0)，(0,0, L-d),(0,0, -L+d)的六个位置。所述遮光膜124的中心轴可以与所述贯通孔及所述光检测器的中心轴一致。所述遮光膜124可以防止从所述待测光源(146)或标准光源140扩散的光直接射入所述光检测器112a 112f。所述遮光膜124可以为圆形板或多角形板。所述遮光膜124的反射率可以为90%以上。所述遮光膜124的直径可以大于所述光检测器112a的直径、所述贯通孔122a的直径或标准光源140的直径。光检测器112a 112f，安置于所述贯通孔122a 122f的周围。更具体为，所述光检测器112a 112f可以安置于所述贯通孔122a 122f的后面。所述光检测器112a 112f中的任一个可以由硅(Si)系材料或砷化铟镓(InGaAs)系材料组成。可以调节所述光检测器112a 112f与所述贯通孔122a 122f之间的距离来调节所述光检测器的输出信号增益。所述光检测器112a及所述光度计114是利用光子(photon)到达所述光检测器112a或所述光度计114时发生电子信号的原理，来提供辐射强度成比例的输出信号。所述光度计114可包括光学过滤器(optical filter),以使其具有国际照明委员会定义的CIE1924V (入)函数的、对应于人眼的光谱灵敏度的光谱响应(spectral responsivity)。所述光度计114，可以安置于所述第一贯通孔122a周围形成的新的贯通孔(未图示)或安置于所述第一贯通孔122a后面。 当所述点状标准光源140安装于所述积分球102的中心区域并打开时，所述调节部150可以为用于调节所述光检测器112a 112f的输出信号以使它们相互一致的装置。例如，所述调节部150，可以包括前置放大器用于放大所述光检测器112a 112f的输出信号的前置放大器152。当所述点光源形态的标准光源140在开灯的状态下，所述前置放大器152可调节增益Gf G6来输出相同的信号强度。待测光源(146)可以为定向光源。例如，所述待测光源可以为白炽灯、荧光灯、LED、LCD、有机EL等。所述待测光源，可以为使用反射杯或镜片的定向光源。所述定向标准光源需要执行空间失配校正。在定向光源的情况下，积分球光度计的响应信号与待测光源的方向不同。因此，测量值会随着待测光源的方向变化而变化。在所述积分球光度计中，将光度计或光检测器安置于多个位置以获得这些光检测器的平均空间相应分布函数的输出总和的结果，由此可以执行空间失配校正。调节部150，可以调节所述光检测器的输出信号，使其与对于安置于所述积分球内中心区域的点光源形态的标准光源照射的光具有相同的输出信号。所述调节部150，可测量所述光检测器及所述光度计的输出信号并且将所述输出信号转换为数据以使用硬件或软件来调节所述数据。例如，所述通过硬件的调节手段，可以利用可调节增益的前置放大器。所述调节部150可以包括前置放大器152，用于放大所述光检测器112a 112f的输出及所述光度计114的输出。所述光检测器112a 112f分别安装于所述积分球102的贯通孔中。所述点光源形态的标准光源140安装于所述积分球102的中心并开灯。之后，调节所述前置放大器152的增益来使所述光检测器112a 112f的输出yf y6 —致。在所述前置放大器152与核算部162之间可以安置开关160。所述开关160，可以选择性地连接所述核算部162与所述前置放大器152。所述开关160，可以同时或依次与所述前置放大器152和所述核算部162电连接。所述前置放大器152可以为模拟型的或数字型。所述核算部162，接收所述前置放大器152的输出信号，并将其进行核算及输出。所述核算部162可以核算模拟信号或数字信号。所述核算部162的输出信号可以提供给控制部164。所述控制部164可以将模拟信号转换为数字信号来进行数据储存。所述控制部164，可以控制所述前置放大器152、开关160、第一移送台132及第二移送台134。所述控制部164可以执行用于自吸收失配校正及光谱失配校正的演算。此外，所述控制部164，可以对所述光度计114及所述光检测器112a 112f的输出信号进行演算来计算所述待测光源的总光通量。
参照图3，在测量所述待测光源的总光通量前，会执行所述光检测器112a 112f的调节。具体地说是，会在所述贯通孔122a 122f的周围安置光检测器112a 112f。之后，将点光源形态的标准光源140安装在所述积分球102的中心区域并开灯。此时，调节所述调节部150来使所述光检测器112a 112f的输出信号yfy6相互一致。例如，调节所述前置放大器152的增益GfG6。在待测光源及所述标准光源140中测量所述光检测器112a 112f的输出及所述光度计114的输出。参照图4a，在所述第一贯通孔122a处安装有第一光检测器112a。待测光源安装于所述积分球102的中心区域，并将所述待测光源开启。在所述待测光源开灯的状态下，测量所述光检测器的输出yT1、T6。参照图4b，所述光度计114安装于所述第一贯通孔122a周围，在所述待测光源开灯的状态下，测量所述光度计的输出/T。参照图4c，在所述第一贯通孔122a中移除所述光度计114，并将第一光检测器112a安装于所述第一贯通孔122a中。之后，将标准光源140安装于所述积分球102的中心并将其开启。之后，在所述标准光源140开灯的状态下，测量所述光检测器112a 112f的输出 JrEl yR6°参照图4d，所述光度计114安装于所述第一贯通孔122a的周围。在所述标准光源140开灯的状态下，测量所述光度计140的输出y\。所述待测光源的总光通量Ot为如下所示。数学式I
权利要求
1.一种积分球光度计，其特征在于，包括 多个光检测器； 积分球，其具有对应于所述光检测器而形成的贯通孔； 遮光膜，位于所述光检测器前侧的积分球内部，与所述光检测器相间隔； 光度计，安置于所述贯通孔中；以及 调节部，用于调节所述光检测器的输出信号以使其与相对于安置在所述积分球内的中心区域的标准光源照射的光具有相同的输出信号。
2.根据权利要求I所述的积分球光度计，其特征在于， 所述光度计，是在移除所述光检测器后进行安装的或邻接于规定的光检测器进行安置。
3.根据权利要求I所述的积分球光度计，其特征在于，所述调节部包括 前置放大器，用于放大所述光检测器及所述光度计的输出信号，并且 在所述点光源形态的标准光源开灯的状态下，调节所述前置放大器的增益以使所述光检测器输出相同强度的信号。
4.根据权利要求3所述的积分球光度计，其特征在于，还包括 核算部，用于核算和输出所述前置放大器的输出信号；以及 开关部，用于将所述前置放大器的输出选择性地提供给所述核算部。
5.根据权利要求I所述的积分球光度计，其特征在于，所述调节部包括 移动装置，用于通过调节所述光检测器的位置来控制输入信号。
6.根据权利要求I所述的积分球光度计，其特征在于，还包括 扩散板，安置于所述贯通孔中。
7.根据权利要求I所述的积分球光度计，其特征在于，还包括 辅助光源，安置于所述贯通孔的周围或安装于移除所述规定的光检测器的位置。
8.根据权利要求I所述的积分球光度计，其特征在于，还包括 辅助光源，安装于所述积分球的内部；以及 辅助遮光膜，安置于所述辅助光源的周围， 其中，所述辅助遮光膜，用于阻止所述辅助光源的输出光直接照射到所述光检测器。
9.根据权利要求I所述的积分球光度计，其特征在于，还包括 光谱辐射仪，安置于所述贯通孔的周围或安装于移除所述规定的光检测器的位置。
10.一种积分球光度计，其特征在于，包括 积分球，其具有多个贯通孔； 多个光检测器，安置于所述贯通孔的周围； 遮光膜，与所述光检测器相间隔地安置于所述积分球内部；以及 光度计，安置于规定的贯通孔的周围， 所述光度计，安置于移除所述规定的光检测器的位置，以及 调节部，用以调节所述光检测器的输出信号以使其与相对于安置在所述积分球内的中心区域的标准光源照射的光具有相同的输出信号。
11.根据权利要求10所述的积分球光度计，其特征在于，所述调节部包括 前置放大器，用于放大所述光度计及所述光检测器的输出信号，并且在所述点光源形态的标准光源开灯的状态下，调节所述前置放大器的增益以使所述光检测器输出相同强度的信号。
12.根据权利要求10所述的积分球光度计，其特征在于，还包括 光谱辐射仪；以及 第一移送台，其安装有所述规定的光检测器、所述光度计及所述光谱辐射仪， 其中，所述第一移送台，可使所述光度计、所述光检测器或所述光谱辐射仪与所述贯通孔对齐。
13.根据权利要求10所述的积分球光度计，其特征在于，还包括 辅助光源；以及 第二移送台，安装有所述规定的光检测器及所述辅助光源， 其中，所述第二移送台，可使所述光检测器或所述辅助光源与所述贯通孔对齐。
14.一种积分球光度计，其特征在于，包括 积分球，其具有多个贯通孔； 多个光度计，安置于所述贯通孔的周围； 遮光膜，与所述光度计相间隔地安置于所述积分球的内部； 扩散板，安置于所述贯通孔中；以及 调节部，用以调节所述光度计的输出信号以使其与相对于安置在所述积分球内的中心区域的标准光源照射的光具有相同的输出信号。
15.一种积分球光度计的测量方法，其特征在于，包括 匹配步骤，在该步骤中，将遮光膜安置在具有贯通孔的积分球中的贯通孔的前侧以及将点状标准光源安装在所述积分球的中心并将其打开以使对应于所述贯通孔安置的光检测器的输出相互一致； 以及测量步骤，在该步骤中，在待测光源和标准光源中，测量所述光检测器的输出以及所述光度计的输出。
16.根据权利要求15所述的积分球光度计的测量方法，其特征在于，所述匹配步骤包括 在具有贯通孔的积分球内部的所述贯通孔前安置遮光膜；以及 对应于所述贯通孔安置光检测器，以及 在所述积分球的中心安装点状标准光源并开启所述标准光源以测量所述光检测器的输出，并且调节所述光检测器的输出以使其相同。
17.根据权利要求15所述的积分球光度计的测量方法，其特征在于，所述测量步骤包括 在所述积分球的中心区域安装待测光源，并开启所述待测光源； 在所述待测光源开灯的状态下，测量所述光检测器的输出； 在规定的贯通孔周围安装光度计，并在所述待测光源开灯的状态下，测量所述光度计的输出； 在所述积分球的中心安装标准光源，并开启所述标准光源； 在所述标准光源开灯的状态下，测量所述光检测器的输出；以及 在规定的贯通孔周围安装光度计，并在所述标准电源开灯的状态下，测量所述光度计的输出。
18.根据权利要求15所述的积分球光度计的测量方法，其特征在于，还包括 自吸收失配校正步骤， 其中，所述自吸收失配校正步骤包括 将辅助光源安装于所述积分球的内部或规定的贯通孔的周围，并开启所述辅助光源； 将所述光度计安装于其他贯通孔的周围； 在所述积分球的中心区域安装标准灯，并且在在所述辅助光源开灯以及所述标准灯关灯的状态下，测量所述光度计的输出(y\A);以及 在所述积分球的中心区域安装待测光源，并且在所述辅助光源开灯以及在所述待测光源关灯的状态下，测量所述光度计的输出(/TA)。
19.根据权利要求15所述的积分球光度计的测量方法，其特征在于，还包括 光谱失配校正的步骤， 其中，所述光谱失配校正的步骤包括 在所述积分球的中心区域安装标准光源并开启所述标准光源以测量所述光谱辐射仪的输出；以及 在所述积分球的中心区域安装待测光源并开启所述待测光源以测量所述光谱辐射仪的输出。
全文摘要
本发明提供积分球光度计及其测量方法。该积分球光度计包括多个光检测器；积分球，具有对应于所述光检测器而形成的贯通孔；遮光膜，位于所述光检测器前侧的积分球内部，与所述光检测器相间隔；光度计，安置于所述贯通孔中；调节部，用于调节所述光检测器的输出信号使其与相对于安置在所述积分球内的中心区域的标准光源照射的光具有相同的输出信号。
文档编号G01J1/02GK102959370SQ201180031682
公开日2013年3月6日 申请日期2011年7月18日 优先权日2010年8月2日
发明者朴盛钟, 李东勋, 朴承男 申请人:韩国标准科学研究院