11.3. Сверхяркие светоизлучающие диоды — эталонные электрооптические измерительные преобразователи в фотометрии квазимонохроматического излучения

Бурное развитие оптоэлектроники сопровождается расширяющимся ис­пользованием светоизлучающих диодов (СИД) в устройствах визуализации информации, особенно в световых приборах и системах обеспечения безопас­ности дорожного движения (световые табло, светофоры, дорожные знаки, отражатели и пр. ). Это направление светотехники потребовало создания си­стемы обеспечения единства измерений фотометрических параметров и ха­рактеристик СИД [4, б].

Производители СИД нормируют следующие их основные характеристики:

· номинальную и минимальную силу света ( , );

· двойной угол расходимости излучения на уровне О, 5(2 _{0, 5});

· доминирующую длину волны ( ).

Однако при производстве упомянутых световых приборов и систем имеют дело не с одиночными СИД, а с регулярными матрицами этих оптоэлектрон-ных элементов. Поэтому при фотометрировании матричных СИД-структур приходится измерять их осевую силу света, пространственное распределение последней, а также координаты цветности.

Поскольку это направление оптической радиометрии только начинает раз­виваться, мы кратко опишем не излучательные характеристики СИД в каче­стве ЭОИП, а созданную во ВНИИОФИ уникальную эталонную установку для калибровки этих источников квазимонохроматического излучения, обеспечи­вающую единство измерений их световых параметров в видимом диапазоне спектра.

Предметом разногласий между производителями структур СИД и пользо­вателями этих приборов, как конструктивно оформленных элементов и сбо-Рок, является несовпадение геометрической и оптической осей излучателя, порождаемое заключением светодиодного кристалла в корпус с токоподводящими проводами и внешними оптическими, проецирующими излучение СИД, системами типа сферических или эллиптических линз, либо линз Френеля.

Недавняя публикации МКО [46] явилась важным шагом на пути «на­ведения моста» между интересами производителей и пользователей СИД. Измерения световых и цветовых характеристик СИД обладают рядом особен­ностей [46], причем особое внимание необходимо обратить на необходимость определения спектральных характеристик фотометров и источников света в специализированных лабораториях. Для повседневного контроля световых параметров СИД и матриц на их основе, при выпуске в обращение необходимо использовать эталонный излучатель, причем для каждого типа СИД соот­ветствующий ему по спектральным и пространственным характеристикам стабилизированный источник силы света должен быть сертифицирован для применения в эталоне.

С этой целью для ОЕИ при серийном выпуске светодиодных матриц широкого применения фирмой «Корвет Лайт» совместно с ВНИИОФИ был разработан и исследован эталонный источник силы света на основе СИД, выпускаемых этой фирмой. Сверхяркие СИД изготовлены по планарной тех­нологии с оригинальной конструкцией крепления кристалла и прессовки кор­пуса. Основные эффекты заключаются в реализации мощного теплоотвода от контактов и в защите кристалла от термоупругих ударов специальным полимерным гелем.

Эталонный излучатель конструктивно выполнен в виде двух блоков (рис. 11. 4). Первый блок представляет собой серийный изотермический бокс.

1 оптический блок матриц

2 активный охладитель

3 изотермический корпус

4 блок питания матриц

5 индикатор напряжения

6 регуляторы тока и напряжения

7 показатель температуры и тока

8 показатель температуры

9 регулятор температуры 10 - переключение матриц

 

Рис. 11. 4. Блок-схема эталонного излучателя на основе СИД

 

Объем бокса составляет 5 дм3. Термостабилизация объема осуществляется с помощью полупроводникового термоэлемента, работающего на основе эф­фекта Пельтье. В изотермический бокс вмонтирована панель с четырьмя излучателями красного, желтого, зеленого и синего цветов, соответственно. Каждый излучатель представляет собой матрицу, состоящую из четырех СИ Д [ одного цвета. Желтые и красные СИД выполнены на основе кристаллов AlGalnP, синий и зеленый — GaN. Матрицы заглублены и разделены между собой черными экранами. Второй блок является источником питания полу­проводникового термоэлемента и стабилизированным источником тока для матриц. На все СИД подается постоянный ток 20 мА, его нестабильность не превышает ±0, 1%. На лицевой панели блока электроники расположены тумблер включения прибора в сеть, цифровой индикатор заданной темпера­туры и температуры в изотермическом боксе в плоскости матриц, обращенной в бокс, где и размещены температурные датчики. Предел нестабильности температуры в изотермическом боксе составляет ±0, 1°С. На переднюю панель электронного блока выведен переключатель, позволяющий включать поочередно матрицу каждого цвета. Блок-схема термостабилизированного светодиодного излучателя приведена на рис. 11. 5. Основной задачей исследо­вания светодиодного излучателя было определение осевой силы света каждой: светодиодной матрицы и долговременной стабилизации этого параметра при выбранных условиях температурной и токовой стабилизации. Таким образом, основным измеряемым параметром была осевая сила света, а первый вопрос, который необходимо было решить, — это расстояние фотометрирования, т. е. расстояние между матрицей (плоскостью, касательной к оптическим корпу­сам СИД), и апертурной диафрагмой ОЭИП. Светоизлучающий диод и свето­диодная матрица являются сфокусированными оптическими системами, для которых закон обратных квадратов выполняется, начиная с расстояния пол­ного свечения, где заканчивается формирование силы света прибора. В тер­минах публикации [63] это «farfield» условия измерений. Светоизлучающие диоды с двойным углом расходимости излучения, равным 20 угловым граду­сам, вмонтированы в матрицы эталонного излучателя. Измерения силы света светодиодных матриц эталонного излучателя в зависимости от расстояния фотометрирования показали, что дистанция в 3 м превышает расстояние полного свечения для матриц всех цветов данного излучателя. Осевая сила света матриц  определялась по формуле

где i — сигнал ОЭИП;  — расстояние фотометрирования; — световой ко­эффициент преобразования ОЭИП; Кс — поправочный коэффициент ОЭИП, равный:

Где — относительная спектральная характеристика источника, по кото­рому калибровалась фотометрическая головка; — относительная спек­тральная характеристика СИД; — относительная спектральная харак

 

Рис. 11. 5. Блок-схема термо-стабилизированного эталонного светодиодного излучателя характеристика ОЭИП; — относительная спектральная световая эффектив­ность.

 

Таким образом, прецизионные измерения осевой силы света требуют зна­ния СХ как источников излучения, так и ИП световых величин. В качестве последних использовались ОЭИП с различным качеством коррекции под относительную спектральную световую эффективность, калиброванные по источнику типа А с погрешностью 0, 3%.

 

⇐ Предыдущая35363738394041424344Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: