引用本文:

张强,蒋世磊,孙国斌,等:基于线阵CCD步进扫描的光照均匀度检测方法[J]. 光通信技术,2018,42(3):47-51.

基于线阵CCD步进扫描的光照均匀度检测方法

张 强1,蒋世磊2*,孙国斌2,王 震1,张梦妮1

(1.西安工业大学 研究生院,西安 710021;2.西安工业大学 光电工程学院,西安 710021)

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摘要:为了提高LED照明系统均匀度检测方法的测量精度和速度,提出了一种基于线阵电荷耦合器 件(CCD)步进扫描的均匀度检测新方法。采用线阵CCD及步进扫描机构、控制系统、图像采集系统、积分球光源系统、非均匀性修正单元和计算机系统等构建了均匀度检测装置。对检测用的线阵CCD的非均匀性响应进行了检测与修正,测试了光学暗室噪声与待测LED均匀照明系统的CCD图像灰度矩阵。分析表明,这种方法测得暗室噪声的均方差约为0.0038,测得待测照明系统最佳参数设置时的均匀度为92.3%。

关键词:器件与测量;线阵CCD;LED照明系统;非均匀性修正单元;光照均匀度

中图分类号:TH741;TN247 文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)03-0047-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.03.013

0 引言
    可见光通信技术是一种将信息加载到LED光源上的新型无线数据传输方式,与传统的照明设备相比,白光LED在室内通信中要同时兼顾照明和通信的任务。传统基于照明的光源布局方式难免会存在光照度不均匀现象,从而影响通信系统的可靠性。因此,在光源布局时需要考虑光照度分布均匀性,这将直接影响通信可靠性等问题[1]。LED光源因具备电光效率高、发热少和亮度高等优点而成为新一代绿色能源,其在光学测量、投影和激光产生等领域的应用中,均需要提供一个均匀的光场,均匀度是一个照明系统最重要的光束质量指标之一[1~3]。因此,对光照均匀度的检测成为LED照明设备研制过程的一项重要工作。长期以来,LED均匀照明系统照度均匀性的测量一直没有行之有效的测试手段,通常是将被测试系统对准一个测试目标,利用相关检测装置来观察照明目标是否均匀,这种方法缺乏量化检测结果,误差较大[2,3]。
    近年来,国内测量光照均匀度的主要方法是照度计检测法,分为中心布点法和4角布点法。这两种方法检测都是采用单元探测器(照度计)在光场内分区逐点扫描,测量每一个点的照度值并记录,通过计算得出测量光斑照明均匀性,这种方法费时较长,扫描机构复杂且检测误差大。随着计算机技术和阵列探测器技术的飞速发展,有些发达国家出现了传感器阵列检测法、电荷耦合器件(CCD)检测法等,这些方法具有一次获取多点光强的优势。由于传感器阵列各通道参数的不同,导致探测到的光强分布存在较大误差[4~7]。因此,为了对LED照明系统的均匀度进行快速、准确的检测,本文提出一种基于线阵CCD步进扫描的光照均匀度检测新方法。

3 结束语
    针对LED照明系统均匀度检测需求,本文提出了一种基于线阵CCD步进扫描的均匀度检测新方法构建了测试系统,测试了光学暗室噪声与待测LED均匀照明系统的CCD图像灰度矩阵。实验结果分析表明:本文方法优于传统的照度计网格测试方法。与传统测试方法相比,本文方法的扫描速度大大提高,节约了数据采集时间;测试精度显著提高,可以达到像素量级;线阵CCD有利于检测光场的高频误差,可以方便地扫描检测到个别的亮点或暗点(如灰尘等),而传统的检测方式不能有效检测高频误差;传统的检测波长响应基本上都在可见光波段,线阵CCD在器件可换性和应变能力方面比传统检测方式好,可以通过改变感光器件测量其它波段的光照均匀度,所以,这种检测方式不仅可以解决LED照明均匀性检测的问题,也可用于其它各种光源的均匀性检测。