СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
METHOD TO MEASURE PARAMETERS AND CHARACTERISTICS OF RADIATION SOURCES

Настоящее изобретение относится к измерительной технике, а именно к технологиям определения спектральных, энергетических параметров и характеристик любых источников излучения ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов, а также цветовых параметров и характеристик источников излучения видимого диапазона, и может быть использовано для осуществления одновременного анализа и контроля всех ключевых параметров и характеристик современных источников излучения как на стадии производства (контроль качества), так и в процессе эксплуатации.
Известно, что на сегодняшний день разработки в области технологий освещения занимают одну из ведущих позиций в сфере инноваций. Новейшие системы освещения, в частности светодиодные, актуальны и востребованы по причине малого энергопотребления и длительных сроков службы, что выгодно отличает их от традиционных источников света. Стоит отметить, что большой интерес к светодиодам и излучающим диодам (ИД) вообще обусловлен также широкими возможностями по созданию на их основе специализированных устройств подсветки (с требуемыми спектром, интенсивностью, диаграммой направленности, цветом излучения), в том числе управляемых. Однако создание высококачественных и функциональных многоэлементных устройств освещения невозможно без обеспечения тщательного контроля за их параметрами и характеристиками.
На данный момент известно множество различных способов измерения параметров и характеристик источников излучения.
Известна заявка на патент «Light intensity distribution testing device for light-emitting diode» (CN 202454141 U, МПК G09B 23/22, G01J 1/00, опубл. 08.02.2012), из описания этого диагностического прибора для измерения распределения интенсивности света светоизлучающих диодов известен способ, заключающийся в том, что анализ параметров и характеристик источников излучения осуществляют на основе измерений, произведенных с помощью люксметра. Люксметр закрепляют на оптической скамье соосно источнику излучения, который устанавливают на подвижное устройство. В качестве подвижного устройства применяют гониометр. После каждого шага подвижного устройства в пределах установленного диапазона углов поворота производят измерение пространственного распределения интенсивности света светодиодов и устройств на их основе, затем специалисты анализируют полученные данные.
Известна заявка на патент «Light field measuring device of a light emitting element» (TW 201040510 А, МПК G01J 1/24, G01J 1/28, опубл. 16.11.2010), из описания которой известен способ, заключающийся в том, что на центральную ось симметрично устанавливают и равномерно распределяют в радиальном направлении набор чувствительных элементов. Измерения пространственного распределения силы света светодиодов производят на основе контроля расстояния между исследуемым светодиодным источником и чувствительным элементом, при этом синхронно изменяя угол и расстояния между чувствительными элементами. Затем специалисты анализируют полученные данные.
Однако эти способы обладают ограниченной функциональностью, т.к. позволяют измерить только одну характеристику источника излучения (распределение силы света) в одной плоскости и предназначены для измерения только светоизлучающих диодов. Кроме того, способы обладают низкой степенью автоматизации, поскольку для их осуществления применяют механические поворотные и движущиеся части приборов.
Известен патент на полезную модель «Устройство для измерения пространственного распределения силы излучения твердотельных источников излучения» (RU 114151 U1, МПК G01J 1/00, опубл. 10.03.2012). Из описания этого устройства известен способ анализа параметров и характеристик источников излучения, заключающийся в том, что специалисты анализируют результаты измерений пространственного распределения силы излучения твердотельных источников излучения (лазерных и светодиодных излучателей), которые осуществляют посредством использования фотометра (для определения силы света от источников видимого диапазона излучения) или радиометра (для определения силы излучения от источников УФ- и ИК-диапазонов излучения), системы термостабилизации (для определения температуры). Одновременно с этим с помощью компьютера регистрируют значения тока и напряжения твердотельных излучателей.
Однако этот способ имеет недостатки, а именно: ограниченное применение, поскольку с помощью этого способа можно анализировать только энергетические параметры и характеристики только твердотельных источников излучения; ограниченную функциональность, поскольку измерения осуществляются только в одной плоскости; низкую точность измерений, поскольку для их реализации необходимо большое количество калиброванных концевых мер и угольников; длительное время подготовки к измерениям, т.к. перед началом измерений необходимо произвести юстировку положения центра светодиода и центра фоточувствительной плоскости фотометра.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ анализа параметров и характеристик источников излучения, известный из описания измерительной лаборатории для комплексного исследования характеристик светодиодов, производства фирмы «АТВ Наружные системы» [Сергей Никифоров. Измерительная лаборатория для комплексного исследования характеристик светодиодов, применяемых в системах отображения информации // «Компоненты и Технологии», 2007, №7].
Этот способ заключается в том, что измеряемый светодиодный источник излучения закрепляют на подвижном устройстве (гониометре) и позиционируют его относительно осей измерительной системы (совокупность фотометра, спектрофотометра и фотоколориметра). С помощью вольтметра устанавливают необходимый режим питания источника излучения. Затем определяют максимальное значение мощности излучения источника излучения в зоне анализа приемника оптического излучения, перемещая при этом источник излучения с помощью подвижного устройства (гониометра). Затем производят измерение величины силы излучения с помощью фотометра и спектрального распределения излучения источника излучения с помощью спектрофотометра, перемещая при этом источник излучения с помощью подвижного устройства по двум координатам. С помощью фотоколориметра Minolta CS 100А измеряют яркость и координаты цветности источника излучения. Полученные данные передают на персональный компьютер, где с помощью пакетов MathCAD и Excel рассчитывают спектральные, энергетические и цветовые характеристики источника излучения и строят диаграммы пространственного распределения излучения.
Этот известный способ измерения параметров и характеристик источников излучения выбирается в качестве прототипа, так как он имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемого изобретения.
Однако прототип имеет существенные недостатки, а именно:
- длительное время измерений, т.к. сложно позиционировать исследуемый светодиодный источник излучения относительно приемника оптического излучения из-за необходимости обеспечить привязку измерений к одной точке измеряемого пространства;
- высокая погрешность измерения из-за применения неэффективного метода позиционирования приемника оптического излучения (фотометр, спектрофотометр и фотоколориметр относительно друг друга) и источника излучения, а также из-за сложности осуществления комплексного анализа полученных результатов (т.к. процедура сравнения полученных результатов измерений с эталонными (т.е. заданными производителем или рассчитанными для данного типа источника излучения) значениями параметров для исследуемого источника излучения не предусмотрена);
- низкая универсальность, связанная с измерением параметров и характеристик только одного типа источников излучения (только светодиодная продукция), а также с измерением параметров излучения только в одной плоскости и только при одном режиме питания;
- ограниченная функциональность и недостаточная автоматизация способа, связанная с необходимостью проведения дополнительных расчетов и построения диаграмм или графиков в отдельных пакетах программ после проведенных измерений.
Задачей настоящего изобретения является создание нового способа анализа параметров и характеристик источников излучения, позволяющего достичь следующего технического результата, а именно повысить функциональность и универсальность при одновременном уменьшении погрешности и времени измерения, обработки и анализа полученных результатов.
Поставленная задача решена за счет того, что перед началом измерений задают параметры измерений исследуемого источника излучения, затем на основе определенного максимального значения мощности излучения источника излучения производят настройку времени интегрирования приемника оптического излучения. При этом дополнительно измеряют распределение силы излучения источника излучения по третьей координате. Причем приемник оптического излучения закрепляют с возможностью его перемещения по трем координатам, а измерения осуществляют в непрерывном режиме, с одновременным выводом результатов измерений на видеоконтрольное устройство. Далее анализируют параметры и характеристики исследуемого источника излучения путем сравнения полученных результатов измерений с эталонными для исследуемого источника излучения, а результаты анализа выводят на видеоконтрольное устройство. При этом в качестве приемника оптического излучения применяют волоконно-оптический спектрометр.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в известном способе измерения параметров и характеристик источников излучения, включающем расположение приемника оптического излучения в освещаемой/облучаемой зоне исследуемого источника излучения, определение максимального значения мощности излучения источника излучения в зоне анализа приемника оптического излучения, измерение величины силы излучения источника излучения по двум координатам, измерение спектрального распределения энергии излучения источника излучения, расчет спектральных, энергетических и цветовых (для источников излучения видимого диапазона спектра) параметров и характеристик источника излучения, согласно настоящему изобретению перед началом измерений задают параметры измерений исследуемого источника излучения, затем на основе определенного максимального значения мощности излучения источника излучения производят настройку времени интегрирования приемника оптического излучения, дополнительно измеряют величину силы излучения источника излучения по третьей координате, причем приемник оптического излучения закрепляют с возможностью его перемещения по трем координатам, а измерения осуществляют в непрерывном режиме, с одновременным выводом результатов измерений на видеоконтрольное устройство, далее анализируют параметры и характеристики исследуемого источника излучения путем сравнения полученных результатов измерений с эталонными для исследуемого источника излучения, а результаты анализа выводят на видеоконтрольное устройство, при этом в качестве приемника оптического излучения применяют волоконно-оптический спектрометр.
Таким образом, заявляемый способ измерения параметров и характеристик источников излучения всей совокупностью своих существенных признаков позволяет повысить функциональность и универсальность при одновременном уменьшении погрешности и времени измерения как за счет одновременного измерения цветовых, энергетических и спектральных параметров излучения с помощью использования в качестве приемника оптического излучения спектрометра, так и за счет измерения параметров излучения любого вида источника излучения (например, лазерного, светодиодного, лампового, составного источника излучения различной формы и т.д.) по трем координатам XYZ. А также заявляемый способ позволяет повысить функциональность при одновременном уменьшении погрешности и времени измерения за счет анализа параметров и характеристик исследуемого источника излучения путем сравнения полученных результатов измерений с эталонными (т.е. заданными производителем или рассчитанными для данного типа источника излучения).
Кроме того, заявляемый способ позволяет повысить автоматизацию измерений за счет возможности задавать параметры измерений исследуемого источника излучения, такие как размер исследуемой области и шаг дискретизации измерений, а также за счет настройки приемника оптического излучения с помощью изменения времени интегрирования спектрометра.
Заявителем проведен патентно-информационный поиск по данной теме, в результате которого заявляемая совокупность существенных признаков не выявлена. Поэтому предлагаемое изобретение можно признать новым.
Соответствие данного изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень» обосновывается следующим.
Данное изобретение для специалиста логически не следует из известного уровня техники. Так, например, все известные способы анализа параметров и характеристик источников излучения позволяют измерять только некоторые параметры и характеристики и только одного типа источников излучения, например светодиодов, лазерных источников и т.д., и обладают низкой степенью автоматизации.
Так, например, известны способы измерения интенсивности света из описания следующих патентов: Диагностический прибор для измерения распределения интенсивности света светоизлучающих диодов [патент «Light intensity distribution testing device for light-emitting diode», CN 202454141 U, МПК G09B 23/22, G01J 1/00, опубл. 08.02.2012] или Устройство для измерения пространственного распределения силы излучения твердотельных источников излучения [патент на полезную модель RU 114151 U1, МПК G01J 1/00, дата публикации: 10 марта 2012]. Известны, например, способы измерения параметров и характеристик лазерных источников излучения из описания следующих документов: Стенд для измерения пространственных характеристик лазерного пучка [Ф.В. Потемкин, П.М. Михеев. Измерение пространственных характеристик лазерного пучка. // Труды конференции «Измерения и автоматизация 2006», с.68-73] или Устройство для спектральных измерений лазерного измерения [патент на изобретение US 6,320,663 В1, МПК G01B 9/02, дата публикации: 25 февраля 2000 г.]. Известны, например, способы измерения цветовых параметров и спектральных характеристик источников излучения: Метод и аппаратура для измерения спектрального состава светодиодного источника света [патент на изобретение US 6,448,550 В1, МПК H01J 5/16, дата публикации: 27 апреля 2000] или Способ определения спектрального состава оптического излучения [патент на изобретение RU 2008629 С1, МПК G01J 3/12, дата публикации 27 сентября 1997].
Все эти известные способы имеют ряд общих недостатков:
- ограниченная функциональность, обусловленная измерением только одного или двух параметров излучения;
- низкая универсальность, обусловленная как измерением параметров и характеристик только одного типа источников излучения (например, только светодиодной продукции или только лазерных источников), так и измерением параметров излучения только в одной плоскости, что приводит к сложным методам оценки или анализа источника излучения;
- низкая автоматизация, обусловленная, в том числе, и необходимостью выполнять дополнительный расчет после проделанных измерений в отдельных пакетах программ, что, к тому же, приводит к увеличению времени измерения.
Таким образом, ни один из известных способов не позволяет полностью автоматически и с малой погрешностью осуществлять для любого типа источника излучения одновременные измерения пространственного распределения освещенности, цветовых (для источников излучения видимого диапазона) и спектральных характеристик излучения в трехмерном пространстве, а также параметров их питания.
В заявляемом же изобретении ситуация иная. В нем функциональность и универсальность достигается за счет расположение приемника оптического излучения в освещаемой/облучаемой зоне исследуемого источника излучения, при этом приемник оптического излучения закрепляют с возможностью его перемещения по трем координатам XYZ. Кроме того, универсальность способа достигается также тем, что перед началом измерений задают параметры измерений исследуемого источника излучения (размер исследуемой области, шаг дискретизации измерений), определяют максимальное значение мощности излучения источника, затем на основе определенного максимального значения мощности излучения источника производят настройку времени интегрирования приемника оптического излучения. Кроме того, измерения можно проводить при разных режимах питания исследуемых источников излучения.
Благодаря тому, что в качестве приемника оптического излучения используют волоконно-оптический спектрометр, повышаются функциональность и автоматизация процесса измерений (т.е. уменьшаются обработка и анализ полученных результатов, а также сокращается время измерения). Использование волоконно-оптического спектрометра позволяет одновременно измерять величину силы излучения (для точечных источников излучения) или яркости (для протяженных источников излучения) по трем координатам, спектральное распределение энергии излучения источника излучения, а также одновременно с измерением производить расчет спектральных, энергетических и цветовых (для источников излучения видимого спектра) параметров и характеристик источника излучения.
После завершения измерений и расчета производится анализ параметров и характеристик исследуемого источника излучения, анализ производится путем сравнения полученных результатов измерений с эталонными (т.е. заданными производителем или рассчитанными для данного типа источника излучения) для исследуемого источника излучения, это действие также обеспечивает универсальность данного способа.
Кроме того, автоматизация способа достигается также тем, что измерения осуществляют в непрерывном режиме, с одновременным выводом результатов измерений на видеоконтрольное устройство.
Таким образом, предлагаемое изобретение направлено на повышение функциональности и универсальности способа измерения параметров и характеристик источников излучения при одновременном уменьшении погрешности и времени измерения, обработки и анализа полученных результатов.
Сущность заявляемого изобретения и возможность его практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и чертежами.
Фиг.1 - схема реализации способа измерения параметров и характеристик источников излучения.
Фиг.2 - схема устройства, реализующего способ измерения параметров и характеристик источников излучения, где
1 - устройство крепления исследуемого источника излучения,
2 - приемник оптического излучения,
3 - входное окно,
4 - устройство крепления приемника оптического излучения,
5 - подвижное устройство,
6 - блок управления подвижным устройством,
7 - блок управления исследуемым источником излучения,
8 - блок управления и обработки информации.
Фиг.3 - иллюстрации к примеру: результаты измерения: а) распределения освещенности; б) спектральная характеристика излучения; в) цветовые параметры излучения.
Способ измерения параметров и характеристик источников излучения (Фиг.1, 2) заключается в следующем.
Приемник оптического излучения располагают в освещаемой/облучаемой зоне исследуемого источника излучения. Перед началом измерений оператор задает параметры измерений исследуемого источника излучения (размер исследуемой области xyz, шаги дискретизации n, m, k), рассчитывается шумовая составляющая спектрального распределения мощности излучения по формуле [Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах. М.: Мир, 1986 г., стр.37-41]:
ИИ
шум
Р(λ)=Р(λ)-Р(λ),
шум
ИИ
где Р(λ) - спектральное распределение мощности излучения без использования источника излучения; Р(λ) - спектральное распределение мощности излучения исследуемого источника излучения.
max
Далее измерения проходят в два этапа. На первом этапе определяют максимальное значение мощности излучения источника излучения в зоне анализа приемника оптического излучения (с помощью приемника оптического излучения и подвижного устройства сканируют исследуемую область xyz, результатом сканирования является матрица, включающая значения мощности излучения P(XYZ), далее на программном уровне из всей этой матрицы находится наибольшее значение P(XYZ)).
Затем на основе определенного максимального значения мощности излучения источника излучения оператор производит настройку времени интегрирования t приемника оптического излучения.
На втором этапе измеряют величину силы излучения источника излучения по трем координатам. На основании полученных значений выполняют построение 3D распределения освещенности/облученности источника излучения. При этом результаты измерения распределения силы излучения аппроксимируют, например, следующим образом [Поршнев С.В. MATLAB 7. Основы работы и программирования. Учебник - М.: ООО «Бином-Пресс», 2011 г., стр.209-229]:
где meshgrid(x, y) - функция, преобразующая область указанных векторов x и y в массивы X и Y; n и m - установленный оператором шаг дискретизации, x и y - размер исследуемой области; interp2 (X, Y, Z, X1, Y1) - функция, возвращающая матрицу z, содержащую элементы, соответствующие элементам X1 и Y1, и определяющаяся интерполяцией в двумерной функции, заданной матрицами X, Y и Z). Измеряют спектральное распределение энергии излучения источника излучения и рассчитывают спектральные, энергетические и цветовые (для источников излучения видимого диапазона спектра) параметры и характеристики источника излучения. Расчет координат цветности производят, например, по следующей формуле [Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М.: Издательство «МИР», 1978 г., стр.173-176]:
,
<mrow><mi>X</mi><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>∞</mi></munderover><mrow><mi>P</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mover accent="true"><mi>x</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><mi>Y</mi><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>∞</mi></munderover><mrow><mi>P</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mover accent="true"><mi>y</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>λ</mi><mo>=</mo><mn>100</mn></mrow></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><mi>Z</mi><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>∞</mi></munderover><mrow><mi>P</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mover accent="true"><mi>z</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mi>x</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mi>y</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mover accent="true"><mi>z</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>100</mn></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>∞</mi></munderover><mrow><msub><mi>P</mi><mi>λ</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mover accent="true"><mi>y</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>λ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow>
где
,
и
- координаты цвета в цветовом пространстве;
,
и
- кривые сложения,
множитель.
Причем измерения осуществляют в непрерывном режиме, с одновременным выводом результатов измерений на видеоконтрольное устройство.
Далее анализируют параметры и характеристики исследуемого источника излучения путем сравнения полученных результатов измерений с эталонными (т.е. заданными производителем или рассчитанными для данного типа источника излучения) для исследуемого источника излучения.
Анализ координат цвета в линейном пространстве RGB(R', G', B') производят, например, по соотношению [Кривошеев М.И., Кустарев А.К. Цветовые измерения. М.: Энергоатомиздат, 1990 г., стр. 42-50]:
,
-1
1/γ
1/γ
1/γ
где [M] - обратная (инверсная) матрица пересчета M; R=R' G=G' В=B' - цветовые координаты; γ - множитель, определенный для большинства типов цветовых пространств RGB; XYZ - координаты цвета.
Результаты анализа выводят на видеоконтрольное устройство. При этом в качестве приемника оптического излучения применяют волоконно-оптический спектрометр, предварительно закрепляя его с возможностью его перемещения по трем координатам.
Предлагаемый способ может быть реализован, например, с помощью устройства для контроля источников излучения (Фиг.2), которое содержит устройство 1 крепления исследуемого источника (не показано) излучения, приемник 2 оптического излучения, имеющий входное окно 3, устройство 4 крепления приемника 2 оптического излучения, подвижное устройство 5, блок 6 управления подвижным устройством, блок 7 управления исследуемым источником излучения, блок 8 управления и обработки информации, блок (не показано) питания. Приемник 2 оптического излучения соединен с блоком 8 управления и обработки информации. Входное окно 3 приемника 2 оптического излучения зафиксировано в устройстве 4 крепления приемника 2 оптического излучения. Устройство 1 крепления исследуемого источника (не показано) излучения и устройство 4 крепления приемника 2 оптического излучения установлены, например, на оптическую скамью (не показано) таким образом, что исследуемый источник (не показано) излучения расположен в зоне анализа приемника 2 оптического излучения. При этом устройство 4 крепления приемника 2 оптического излучения установлено на оптическую скамью (не показано) посредством закрепления его на подвижном устройстве 5, также установленном на оптической скамье (не показано) и соединенным с блоком 6 управления подвижным устройством 5, который связан с блоком 8 управления и обработки информации. Блок 6 управления подвижным устройством 5 выполнен с возможностью обеспечения контроля параметров работы подвижного устройства 5. Блок 7 управления исследуемым источником (не показано) излучения соединен с блоком 8 управления и обработки информации и с блоком (не показано) питания.
Подвижное устройство 5 выполнено трехкоординатным. В качестве приемника 2 оптического излучения применен оптоволоконный спектрометр, входное окно 3 которого образовано с помощью оптоволоконного кабеля. Блок 8 управления и обработки информации снабжен устройством вывода информации (не показано), например монитор, и выполнен с возможностью обеспечивать управление всеми элементами заявляемого устройства. Также данный блок обеспечивает представление результатов пространственного распределения излучения (трехмерные модели и двухмерные графики распределения освещенности/облученности при заданных координатах пространства), спектральной характеристики, координат цветности и строит карту цветов (для источников излучения видимого диапазона) от источников (не показано) излучения.
Заявляемый способ реализуют на этом устройстве следующим образом.
Исследуемый источник (не показано) излучения закрепляют в устройстве 1 крепления на оптической скамье (не показано). Напротив него на расстоянии, которое выбирают в зависимости от типа источника и его предназначения, на оптическую скамью (не показано) устанавливают подвижное трехкоординатное устройство 5, а на нем фиксируют устройство 4 крепления приемника 2 оптического излучения. Входное окно 3 (оптоволоконный кабель) приемника 2 оптического излучения (спектрометра) закрепляют в устройстве 4 крепления приемника 2 оптического излучения. Излучение от исследуемого источника (не показано) излучения направляют во входное окно 3. Это излучение, пройдя по каналу передачи излучения (оптоволоконному кабелю), поступает на приемник 2 оптического излучения (спектрометр). С помощью подвижного устройства 5 перемещают входное окно 3 приемника 2 оптического излучения.
Сканирование установленной оператором исследуемой области xyz осуществляют в три цикла. В первом цикле с помощью подвижного устройства 5 устанавливают начальное значение координат XYZ, спектрометром посредством канала передачи излучения (оптоволоконный кабель) фиксируют/измеряют спектральные и энергетические параметры излучения исследуемого источника (не показано) излучения. Далее, изменяя значения координаты X (с помощью установленного шага дискретизации n), измеряют спектральные и энергетические параметры излучения исследуемого источника (не показано) излучения до тех пор, пока координата X не примет значение, равное значению x (установленное оператором). После наступает второй цикл, в котором изменяется значение координаты Y и первый цикл измерений повторяется. Второй цикл будет продолжаться до тех пор, пока координата Y не примет значение, равное значению y (установленное оператором). После второго цикла наступает третий, в котором изменяется значение координаты Z и повторяется второй цикл измерений. Третий цикл также будет продолжаться до тех пор, пока координата Z не примет значение, равное значению z (установленное оператором).
Посредством приемника 2 оптического излучения осуществляют снятие значений распределения освещенности/облученности от исследуемого источника (не показано) излучения по всей освещенной данным источником области пространства. С помощью блока 8 обработки и управления осуществляют обработку измеренных данных, поступающих с приемника 2 оптического излучения, это позволяет одновременно определять спектральные и цветовые (для источников излучения видимого диапазона) параметры источника (не показано) излучения и осуществлять привязку полученных значений параметров источника (на чертеже не показано) излучения к пространственным координатам. Результаты измерения записываются, хранятся и обрабатываются в блоке 8 обработки и управления, а изображения распределения освещенности по плоской поверхности, распределения освещенности в декартовых координатах, спектра и цветовой карты (для источников излучения видимого диапазона), 3D распределения освещенности/облученности исследуемого источника (не показано) излучения поступают на устройство (не показано) вывода информации.
Пример
2
В качестве примера представлен способ измерения параметров и характеристик RGB источника света с сотовой структурой, содержащей по 28 светодиодных источников света красного и зеленого цветов, а также 25 светодиодных источников света синего цвета. В качестве приемника оптического излучения в данном примере был применен волоконно-оптический спектрометр фирмы OceanOptics USBQE65Pro, при этом приемник был расположен в освещаемой зоне исследуемого RGB источника (на расстоянии 140 мм до исследуемого источника). Перед началом измерений были заданы параметры измерений, а именно размер измеряемого пространства - 200×200 мм, расстояние от источника до приемника 140-200 мм, дискретизация измерений - 20 мм.
Во время первого цикла измерений автоматически было найдено максимальное значение мощности излучения исследуемого источника излучения. На основе определенного максимального значения мощности излучения была произведена настройка времени интегрирования приемника оптического излучения, время интегрирования составило 35 мс. Во время второго цикла (с учетом найденного времени интегрирования) осуществляли измерение величины силы излучения и спектрального распределения энергии излучения источника, полученные результаты представлены в Таблице 1 и 2 и на Фиг 3.
Таблица 1
Энергетические параметры RG источника
Координаты пространства, мм
Яркость, отн. ед.
X
Y
Z
0
0
140
0,283
20
0
140
0,201
40
0
140
0,242
60
0
140
0,278
80
0
140
0,294
100
0
140
0,217
120
0
140
0,249
140
0
140
0,315
160
0
140
0,318
180
0
140
0,229
200
0
140
0,417
0
0
140
0,354
20
0
140
0,286
40
0
140
0,239
60
0
140
0,275
80
0
140
0,297
100
0
140
0,219
120
0
140
0,215
140
0
140
0,288
160
0
140
0,245
180
0
140
0,289
200
10
140
0,265
0
10
140
0,291
…
…
…
…
120
200
200
0,361
140
200
200
0,34
160
200
200
0,347
180
200
200
0,347
200
200
200
0,345
Таблица 2
Спектральные параметры RGE источника
Значения спектра при X=Y=0 мм и Z=140 мм
Длина волны, нм
Яркость, отн. ед.
380,15
0,033
380,41
0,034
380,66
0,033
380,92
0,034
381,17
0,034
381,43
0,033
381,68
0,034
381,94
0,034
382,2
0,034
…
…
524,65
0,958
524,9
0,972
525,14
1
525,39
0,973
525,64
0,96
…
…
776,09
0,031
776,31
0,033
776,54
0,031
776,77
0,035
776,99
0,031
777,22
0,033
777,45
0,031
777,68
0,035
777,9
0,032
778,13
0,035
778,36
0,033
778,58
0,031
778,81
0,032
779,04
0,034
779,27
0,033
779,49
0,032
779,72
0,033
779,95
0,032
780,17
0,033
По полученным результатам (Таблица 1, 2 и Фиг.3 а, б) можно сделать вывод, что исследуемый RGB источник света не освещает равномерно указанную область, спектральная характеристика данного источника света имеет три максимума, каждый максимум соответствует светодиодам трех цветов. Первый максимум находится в синей области (465 нм), второй - в зеленой области (525 нм), и третий - в желто-красной области (640 нм).
Далее по полученным значениям были произведены расчет и анализ (путем сравнения полученных результатов измерений с эталонными) цветовых параметров (формула 1 и 2). А также были построены энергетические, спектральные и цветовые характеристики исследуемого источника света. Результаты были выведены на видеоконтрольное устройство.
Расчет цветового пространства xyY производится по вышеуказанной формуле.
Таблица 3
Цветовые параметры RGB источника
Координаты пространства, мм
Координаты цветности
Значения карты цветов
X
Y
Z
x
y
R
G
В
0
0
140
0,360
0,395
157
152
148
20
0
140
0,270
0,374
153
159
131
40
0
140
0,380
0,454
154
168
129
60
0
140
0,287
0,439
94
175
105
80
0
140
0,338
0,337
157
152
148
100
0
140
0,337
0,336
156
152
148
120
0
140
0,337
0,336
156
152
149
140
0
140
0,337
0,337
156
153
148
160
0
140
0,338
0,337
156
152
148
180
0
140
0,338
0,337
156
152
147
200
0
140
0,337
0,337
156
152
148
0
0
140
0,338
0,337
156
152
148
20
0
140
0,337
0,338
155
153
147
40
0
140
0,337
0,239
154
153
147
60
0
140
0,337
0,339
154
153
146
80
0
140
0,436
0,339
153
153
147
100
0
140
0,334
0,343
148
154
144
120
0
140
0,335
0,343
149
154
144
140
0
140
0,336
0,340
152
153
146
160
0
140
0,337
0,339
154
153
147
180
0
140
0,437
0,337
96
163
128
200
10
140
0,238
0,337
156
152
147
0
10
140
0,238
0,337
156
152
148
…
…
…
…
…
…
…
…
60
200
200
0,316
0,359
148
152
145
80
200
200
0,324
0,352
148
150
144
100
200
200
0,312
0,291
145
154
144
120
200
200
0,356
0,303
152
154
144
140
200
200
0,401
0,359
124
159
137
160
200
200
0,406
0,337
116
163
128
180
200
200
0,298
0,395
156
152
147
200
200
200
0,298
0,337
156
152
148
По полученным результатам (Таблица 3 и Фиг.3,в) можно сделать вывод, что цвет исследуемого RGB источника света является сине-зеленым в области 60×60 мм, данная область находится на расстоянии 140 мм от приемника оптического излучения. За пределами этой области яркость становится меньше и цвет исследуемого RGB источника света (освещение) приобретает желтовато-красный оттенок.
С помощью заявляемого способа можно:
- измерять и оценивать параметры и характеристики любых типов источников оптического излучения (лазерных, светодиодных, ламповых, составных источников излучения различной формы) в любой точке поля их излучения;
2
- одновременно определять цветовые параметры источников света в диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм и спектральные характеристики источников излучения в оптическом диапазоне длин волн, а также оценивать равномерность освещения/облучения зоны анализа размером, например 200×200 мм (размер зоны анализа определяется типом исследуемого источника излучения), источников излучения;
- визуализировать получаемые параметры и характеристики исследуемых источников излучения в доступной форме и в режиме реального времени.
Таким образом, достигается технический результат заявляемого способа, а именно повысить функциональность и универсальность при одновременном уменьшении погрешности и времени измерения, обработки и анализа полученных результатов.