采用测试的光源近场数据，缩短灯具开发周期

对光源建立一个物理的光线模型是一个非常复杂的工作，因为这些模型必须能够反映真实的情形。测试到的Ray Data可以完整的描述光源的特性，并具备相应的精度要求。该测到的Ray Data数据证明可以直接导入到常用的光学设计软件。进一步讲，可以提高任意光源的仿真程度，加速新灯具的设计、开发速度。

对于LED性能的测试和评价，无论是参数的定义，还是测试方法、仪器等已经有非常具体的定义和方法。相关文献中的测试方法都是把LED假定为一个点光源进行描述的。对于现代灯具、前灯、以及使用LED作为光源的灯具，其设计、开发使用的常用照明设计软件，如，Speos or Asap ，并不是把LED作为点光源，同时考虑LED光源的近场光辐射特性。真实的光源光辐射特性为Le (x, y, z,?, ?)，需要通过复杂的光源建模或测试来得到。在许多情况下，光源的厂家已经提供了Ray Data数据，如果需要精确的数据，这些数据也可以通过相应的仪器来测试得到，例如根据Riemann教授[4,5,6,7] 专利设计的RIGO近场分布式光度计，通过图像解析的光度测试系统在近场进行Ray Data测试[8,9,10]。

对一个物体的辐射特性进行完整的描述，需要知道其表面任意点（x,y,z）的辐射分布特性，即Le (x, y, ?, ?, λ)。该数据可使用图像解析的测试方法独立获得。RIGO801 近场分布式光度计，使用一个亮度测试相机通过机械装置围绕测试物进行一个球性扫描运动，这样亮度测试相机就可以以设定的空间角度数据来计算Le (x, y, z,?, ?). 通常，测试相机会装配一个与人眼视觉函数匹配的特殊滤光片来测试亮度。如果加上其它相应的滤光片，如颜色匹配函数滤光片，就可以实现对颜色特性的测试。通过一系列的测试，所有亮度图像累积在一起经过处理，就可以得到四维的数据场L (x’,y’, ?_K, ?_K)。通过相机镜头获得的图像，图像的坐标(x’, y’) 以及相应的相机位置坐标( ?_K, ?_K)，就可以转换为空间方位信息。如图1 所示。

测试到的数据场包含了光辐射的所有的光度学信息，根据Ray Data，可以计算出相应的其它光度学参数，如光通量，远场光强分布I (?, ?)等，提供的格式转换程序可以将Ray Data数据转换为需要的任意光学照明设计软件的标准格式，如Asap,Speos, LightTools, Zemax 及LucidShape等。

    为了达到真实的仿真效果，在设计开发光学元件时，光源的辐射特性必须能够正确的表示，为了达到该目的，有各种不同的、复杂模型供选择使用，从简单的点光源的简单光强分布，到复杂的物理模型，到真正的测到的Ray Data分布。

    在许多应用中，复杂的物理模型，或者真正测到的Ray Data，二者中至少需要一种，因为光学元件是直接紧挨着光源的几何外形，物理模型的建立极其复杂，需要精确的定义其几何外形，以及所有光学相关元件的光学性能和热特性，尤其在使用LED和弧光放电灯的情况下，投入到建模中的工作量是巨大的。举个例子，图四表示的一个D2灯泡的光学畸变，这个畸变是很难在模型中仿真的。

    使用测到的Ray Data来描述光源，就可以省去光源建模的工作。测试到的Ray Data结合光源的几何外形信息，在仿真设计时，就可以考虑进去光源在光路变化上的影响。测试到的Ray Data 分布数据同时考虑了光源在制造过程的公差影响，在小尺寸的光源如LED，这个影响非常明显。同时通过测试若干个样品，可以知道真实的数据偏离情况。另一个重要的方面，是可以得到光源的光谱特性，对光谱进行完整的空间分布测试，只有一定的计量意义，但却并不实用。对于窄带的彩色LED来讲，整体的光谱分布足够进行仿真设计。但对于白光的LED,这些数据仍然不足以进行仿真设计。

      LED自行车前灯设计的案例分析（图7）：在该案例中，反射器和反射罩都是用测到的Ray Data 进行了优化设计，这样，只进行了2次反复就完成了优化设计工作。有些应用中，光源和光学元件距离非常近，是完全的光学近场条件，如果没有近场的数据，即真实的测到的Ray Data，根本无法进行仿真模拟。一个常见的例子就是，LED光导入光导获得均匀背景照明，用于仪表面板显示。图8显示乘用车座舱控制面板背景照明的案例。RIGO近场分布式光度计不仅能够获得完整的Ray Data,还可以得到整体的亮度分布图象，给开发和测试工作带来极大方便。

结论：

    根据Riemann 教授利用图象解析的亮度测试技术开发的RIGO分布式光度计，可用于近场Ray Data测试。此外，这种方法还可以结合适当的彩色滤光片或光谱仪，实现对方向相关的光谱特性测量。测试到的Ray Data 可以导出为不同的格式，如Asap, Speos,Light-Tools, Zemax and LucidShape，等等。这样，可以显著的加速灯具的开发，包括LED光导这样复杂的仿真设计。

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