Sphères d'intégration pour la mesure du lumen des sources lumineuses

Intégration de sphères peut facilement mesure du flux lumineux et tester la puissance de rayonnement des sources lumineuses, il peut donc être utilisé pour tester divers produits d'éclairage.

Qu'est-ce qu'une sphère intégratrice ?
Une sphère d'intégration, également connue sous le nom de photosphère, est une sphère creuse avec une surface intérieure hautement réfléchissante qui est utilisée comme un dispositif de collecte de lumière efficace pour collecter la lumière diffusée ou émise à partir d'échantillons situés à l'intérieur ou placés à proximité et à proximité d'une fenêtre. Les parois internes de la sphère d'intégration sont recouvertes d'un matériau diffus blanc, c'est-à-dire un matériau avec un coefficient de réflexion diffuse proche de 1, des matériaux tels que l'oxyde de magnésium ou le sulfate de baryum sont généralement pulvérisés sur la surface interne après mélange uniforme avec un caoutchouc adhésif.

Le principe de base de la sphère d'intégration est que la lumière est collectée à travers le port d'échantillonnage et diffusée uniformément à l'intérieur de la sphère d'intégration après de multiples réflexions. Lors de l'utilisation de la sphère d'intégration pour mesurer le flux lumineux, les résultats de mesure peuvent être plus fiables, et la sphère d'intégration peut réduire et éliminer les erreurs de mesure causées par la différence de forme de lumière, d'angle de divergence et de réactivité à différentes positions sur le détecteur.

Les sphères sont largement utilisées en photométrie et, dans la plupart des applications, ces composants optiques courants sont utilisés conjointement avec d'autres dispositifs photoniques tels que les photomètres et les radiomètres. Dans les laboratoires de recherche, les sphères d'intégration peuvent être utilisées pour mesurer la transmission ou la réflexion des matériaux. Les boules sont également souvent utilisées pour calibrer et mesurer la lumière dans les appareils d'imagerie électroniques.

Méthode de mesure de la réflectance des sphères d'intégration :
L'échantillon est conservé dans le port à 0 degré et le faisceau incident est utilisé pour déterminer la réflectance à travers le port à 180 degrés. La sphère intègre spatialement le rayonnement réfléchi total, et il est mesuré avec un détecteur à chicane. Le rayonnement spéculaire réfléchi peut être nettoyé à l'aide du porte-échantillon, qui utilise l'incidence verticale pour refléter tout rayonnement spéculaire incident.

La réflectance "spéculaire plus diffuse" peut être mesurée avec le porte-échantillon à 8 incidences. En mesurant les deux et en prenant leur rapport, la réflectance d'un échantillon standard connu peut être calculée. Pour éviter les erreurs dues à la nature réfléchissante de l'échantillon, l'échantillon et l'étalon doivent avoir la même réflectance. Un système à double faisceau peut être utilisé pour éliminer une telle source potentielle d'erreur de mesure. Le détecteur est monté sur un port à 90 degrés.

Mesure du flux total :
Le flux optique total produit par une source lumineuse (telle qu'une lampe) est mesuré en plaçant la source lumineuse à l'intérieur de l'élément optique, où la lumière est souvent réfléchie plusieurs fois par les parois de la sphère jusqu'à ce qu'elle soit détectée par le photodétecteur. Ce concept de luminance est largement utilisé dans l'industrie pour comparer le flux lumineux d'une source lumineuse pour le contrôle qualité de la fabrication. D'autres éléments de base requis pour cette configuration comprennent des détecteurs et des diffuseurs de réponse d'observation-vision.

Mesure du rapport de transmission des sphères d'intégration :
La lumière incidente sur l'échantillon et traversant l'échantillon est connue sous le nom de transmittance. Si l'échantillon a une faible diffusion (comme une solution diluée propre), presque toute la lumière qui n'est pas absorbée sera transmise. En plus de la mesure de la réflectance, un autre facteur important à prendre en compte lors de l'utilisation de Integrating Sphere est la mesure de la transmission.

Mesure du flux de rayonnement spectral :
Afin de mesurer le flux de rayonnement spectral généré par la source lumineuse, une sphère d'intégration est utilisée avec un spectroradiomètre. Cette configuration est la même que celle utilisée pour mesurer le flux total, mais à la place des photodétecteurs, un spectroradiomètre est utilisé. De plus, cette configuration est applicable pour mesurer les indices colorimétriques, la température de couleur corrélée et les coordonnées de chromaticité.

Test du capteur d'imagerie :
L'orifice sphérique permet à l'élément optique d'être utilisé comme diffuseur de source de lumière uniforme où une irradiance uniforme provenant d'une source diffuse peut être utilisée pour tester des systèmes d'imagerie tels que des caméras CCD ou des détecteurs matriciels. Cette configuration d'application est réalisée en plaçant des lampes à l'intérieur de la sphère. Le choix des lampes dépend de l'éclairement requis. Pour cette configuration, aucun détecteur n'est nécessaire.

Mesure de puissance laser :
Les sphères sont largement utilisées pour les mesures de puissance laser dans les laboratoires et les industries où ces éléments optiques conviennent pour tester les lasers industriels à haute et basse puissance. Lors des mesures de puissance laser, l'utilisation correcte d'un bouclier aide à empêcher la vue directe du point chaud du laser. L'intégration spatiale fait d'une sphère d'intégration un choix approprié pour tester des diodes laser et d'autres dispositifs présentant des caractéristiques asymétriques et divergentes. De plus, le revêtement hautement réfléchissant de la sphère aide à protéger le matériau de surface des températures extrêmement élevées.

Test du produit d'éclairage à semi-conducteurs :
Les caractéristiques de performance des lampes à LED et autres produits d'éclairage à semi-conducteurs sont obtenues en testant et en évaluant l'efficacité lumineuse et le flux total généré par la source lumineuse ; en utilisant une sphère d'intégration, des mesures précises des données d'espace colorimétrique et du flux total peuvent être obtenues. Bien que ces éléments optiques permettent des mesures précises des paramètres mentionnés, ils ne mesurent pas les distributions spatiales du faisceau. Afin de mesurer les caractéristiques de performance de ces sources lumineuses, les sphères sont généralement utilisées en combinaison avec un gonio-photomètre. Le gonio-photomètre peut mesurer avec précision les distributions spatiales.

Le total test de flux lumineux de sphère d'intégration comprend au moins deux parties - une partie pour un échantillon et l'autre pour un détecteur. Le détecteur est calibré pour le flux de rayonnement, mais fondamentalement, il teste l'éclairement sur la surface intérieure de la sphère. Lors de l'utilisation d'une sphère d'intégration pour mesurer le flux lumineux des LED, il est nécessaire de prendre en compte la taille du boîtier et le type de LED.

La sphère d'intégration doit répondre aux exigences suivantes pour garantir que toutes les surfaces courbes ont le même éclairement (la valeur d'éclairement dans la zone testée représentera celle de la sphère entière) :
le rapport du diamètre de la sphère au diamètre de l'interface du détecteur doit être au maximum de 1:3 ;

ignorer l'auto-absorption de la lumière provenant de l'interface de l'échantillon ou de la lumière auxiliaire ; le revêtement intérieur a un coefficient élevé de réflexion et de réflectivité diffuse (BaSO4);

conformément aux exigences de la norme CIE 127:2007 et IES LM-79 pour d'autres conditions de test de flux lumineux.

Selon la norme, il existe trois configurations différentes de test de sphère d'intégration :
Configuration 2π : l'échantillon est placé sur la surface intérieure de la sphère d'intégration - utilisée pour les LED sans lumière inversée. Souvent utilisé pour les LED simples et les matrices de LED.

Configuration 4π : échantillon placé au centre de la sphère à travers une interface - souvent utilisé pour les sources lumineuses à semi-conducteurs, des lampes auxiliaires sont nécessaires pour compenser l'absorption de la lumière par l'échantillon et le connecteur.

Configuration de test de flux lumineux partiel : l'échantillon est placé à une certaine distance de l'interface de l'échantillon - un angle solide est défini par une ouverture précise devant l'interface.

LPCE-2 Le système de test LED à spectroradiomètre à sphère intégré est destiné à la mesure de la lumière des LED simples et des produits d'éclairage LED. La qualité des LED doit être testée en vérifiant leurs paramètres photométriques, colorimétriques et électriques. Selon CIE 177, CIE84,  CIE-13.3, IES LM-79- 19, Ingénierie optique-49-3-033602, RÈGLEMENT DÉLÉGUÉ (UE) 2019/2015 DE LA COMMISSION, IESNA LM-63-2, IES-LM-80 ainsi que  ANSI-C78.377, il recommande d'utiliser un spectroradiomètre matriciel avec une sphère d'intégration pour tester les produits SSL. Le LPCE-2 le système est appliqué avec LMS-9000C Spectroradiomètre CCD de haute précision ou LMS-9500C Spectroradiomètre CCD de qualité scientifique et sphère d'intégration moulée avec base de support. Cette sphère est plus ronde et le résultat du test est plus précis que la sphère d'intégration traditionnelle.

Spectroradiomètre de haute précision intégrant un système de sphère LPCE-2(LMS-9000)

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