光纤光谱仪在LED测量中的应用

1、光纤光谱仪在LED测量中的应用勾宏岗 张志伟(北京爱万提斯科技有限公司 北京100016) (info) 摘要：据CIR预测，全球LED发光二极管市场将从2004年的32亿美元，增长至2008年的56亿美元。随着LED的迅猛发展，LED检测技术也在不断的发展更新！光谱分析法是以测定物质发射或吸收的电磁辐射的波长和强度为基础建立起来的一类分析方法。应用领域非常广泛！本文结合荷兰Avantes公司的AvaSpec-2048光纤光谱仪。简单介绍了光谱分析法在LED领域中的广泛应用。 关键词:LED测量,光谱分析,在线控制,辐射测量1. 光谱仪原理荷兰Avantes公司的AvaSpec-2048光纤光

2、谱仪，采用对称式光路设计，焦距75mm，包括光纤接头（标准SMA接口，也可以选择其它类型的接口）、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和Sony ILX554B型2048像素线阵CCD探测器，测量波长范围200-1100nm，最高分辨率0.04nm，提供USB1.1或USB2.0接口、RS-232接口和I/O外触发接口。图1 AvaSpec-2048光谱仪的光学平台光纤光谱仪的优点在于系统的模块化和灵活性。荷兰Avantes公司的微小型光纤光谱仪的测量速度非常快，使得它可以用于在线分析。而且由于它选用低成本的通用探测器，所以光谱仪的成本也大大降低，从而大大扩展了它的应用领域。强大的历史通道功能在功能强大的

3、AvaSoft-FULL软件中的History功能，使我们可以很方便的监测L 、a、b以及dL、dE等参数随时间的变化，甚至我们还可以自定义一些参量，并观察它们随时间的变化。同时，USB2平台的光谱仪还附带了模拟和数字输出，这些模拟和数字输出口的值可以对应于History中定义的函数，方便于在线测量控制中的应用。2. LED测量实验2.1 LED测量方法LED测量一般采用两种方法：光度测量和辐射度测量。光度测量仅仅局限于可见光波段，与人眼的响应有关。而辐射度测量则与人眼响应无关。两种方法都可以表述LED的辐射功率和发光强度。辐射功率是LED在所有方向发射的所有功率（辐射通量）之和，单位是流明（

4、*流明是光功率的单位*）或瓦。而发光强度是指向观察者方向的每单位立体角内照射到物体上的光通量，经常认为是沿着LED的轴线方向，单位是坎德拉。利用Avantes的光纤光谱仪可以监测LED测量中的辐照度（单位为µWatt/cm2/nm）、辐射度学量（µWatt/cm2, µJoule/cm2，µWatt 或 µJoule）、光度学量（Lux 或 Lumen）、色坐标X, Y, Z, x, y, z, u, v和色温等十多个参数。2.2 LED测量系统因为LED发光面独有的外形尺寸，导致其发光很难均匀化，因此至今没有统一的·标准来定义如何测

5、量LED。所以仔细设计并使用LED测试设备对获得有效测量结果至关重要。测量LED总光通量最简单最便捷的方法就是使用积分球和Avantes公司的光谱仪。 积分球是测量光辐射的最常用的器件。积分球的内表面是近乎完美的漫射体，具有非常均匀的空间反射性？。辐射光在内表面上经过多次反射后变得十分均匀，导致在球壁上任何一点的光辐射度都相同。 该系统可以用辐射定标光源AvaLight-HAL-CAL-ISP进行标定。用AvaSoft-IRRAD辐射测量软件可以从测得的光谱分布计算出相关参数，进而可进行绝对辐射测量。同时还可以计算、显示和存储被测光的强度。系统装置图如下：图2 LED测量系统 在利用功能强大A

6、vaSoftFULL和辐射测量软件进行LED测量的过程中，我们可以实时的查看测量中的各种参数，并且还可以在历史通道功能中设置您需要进行时间监控的值。软件的测量界面如下图所示：图3 LED测量界面图4 设置时间监测界面图5 时间监测时界面2.3 LED测量实验进行完系统的搭建之后就可以进行LED的标准测量，在实验室中进行LED的品质和性能检测时可以按照以下步骤进行：1 系统搭建。打开AvaSoft光谱仪测量软件。2 将LED安装在AvaSphere-LED-adapter上置于积分球中。3 点亮LED，点击开始按钮，选择合适的积分时间和平均次数，然后关闭LED保存暗背景。4 在Setup选项中选

7、中扣除暗背景，并且正确设置该选项中的样条和平滑参数。5 点亮LED，点击Application选项中的绝对辐射测量选项开始测量设置，设置完成后点击OK键开始测量。如图3所示。如果您需要对某一个或几个参数监测其随时间的变化，也可以在测量前进行设置，如图4、图5。详细的操作流程请您参阅软件操作手册，里面有十分详细的操作介绍。3. 光谱仪在LED工业中的应用 Avantes的光纤光谱仪在LED的工业生产中已经有了比较成熟的应用，现在已经应用的领域有LED分光，以及汽车仪表照明LE D的品质检测等等。目前LED工业中的典型应用有以下几类：LED分光设备Ø LED芯片在线光谱性能检测检测

8、16; LED产品挑选、分级Ø LED生产厂家出货检验Ø LED使用商进货检验Avantes光纤光谱仪的2路模拟输出和8路数字输出功能结合AvaSoft-Process过程控制软件可以方便的和其它设备连接进行控制。利用这一特性可以很方便的把光谱仪集成到在线的质量控制、品质挑选设备中。深圳大赢已经在LED分光机中成功的进行这一应用！如下图所示 图6 LED分光设备并且，利用过程控制软件。将编写好的程序写入硬件板卡中后还可以使光谱仪独立工作，不必连接计算机运行。运行过程控制界面如下：图7 过程控制 综上，利用Avantes光纤光谱仪可以有下面几点优势： 1.在线测量使用USB2.0技术，每秒钟可进行上百次测量。产品自带数字和模拟信号I/O端口，可方便的给出报警、触发等信号，极大的方便了在线测量。2.便于集成到系统 提供功能强大的DLL驱动程序，使您完全操控仪器的动作，极大的方便了您进行二次开发。同时产品有极佳的同步功能，让您随心所欲的安排设备之间的时间响应次序。3.高可靠性产品所有元件均采用无应力装配，有极高的可靠性，完全适应工业测试环境。4.小巧便携175×110×44mm，716克，真正的便携式设备。方便您到任何场地进行测量。4. 结论 使用AvaSpec-LED测量系统可以进行LED的颜色、主波长、色