LED光學設計是照明產品非常重要的一個環節，在光源近場測角光度儀問世之前，對于一次光源的模型只能靠光學設計工程師的本事與仿真軟件進行“理論建模”。由于理論建模與實際模型存在差異，這樣的建模方式存在兩大問題，一是透鏡多半需要重復開模，費用昂貴;二是產品開發時間長。因此，光源近場測角光度儀的問世，是賜給光學設計工程師最好的禮物。近些年，隨著我們對LED產品光學品質的要求越來越高，對于光源近場光學分布模型的需求也不斷地在增長，無論是LED光源制造商還是透鏡生產廠商，都需要光源的光學分布模型。那么，什么是光源近場光學分布模型?如何利用光源近場測角光度儀獲得近場模型?近場測試可生成什么類型的文件以及如何利用這些生成的各種文檔?另外，對于不常規的燈珠，例如大功率模組、裸晶、5面發光的CSP等光源，又可如何處理?本文將會一一為您解答。

　　1. 光源近場光學分布模型及測試原理

　　目前在LED光學設計過程中，一般采用兩種模型對光源進行模擬，分別是“光源遠場模型”和“光源近場模型”。在了解光源近場模型之前，先簡單介紹大家熟悉的光源遠場模型。

　　光源遠場模型是將光源看作一個點光源，所有光線從同一個點出射，一般情況下點光源的出光是各向同性的。光源遠場模型由遠場分布光度計測得，分布光度計通常包含一個用于支承及定位被測光源的機械結構(轉臺)和光度探測器。根據CIE70的要求，在測量時光源和探測器的距離需要足夠遠(一般要求測量距離應至少為LED光源最大發光口面的5倍)，此時光源可被認為是點光源。

　　對于LED光源，特別是白光光源，由于電極設計、芯片結構以及熒光粉涂敷方式等影響，其表面的亮度和顏色并不是均勻分布的。如圖1所示，可看出每顆芯片的亮度以及光源表面的顏色分布并不完全一致。對LED光源進行二次光學設計，采用遠場模型獲取的光源信息比較粗糙，不能準確反映LED光源表面的亮度、色度空間分布差異等問題，難以對光源實現精確的二次光學設計。因此準確測量光源自身的發光模型對光學設計和模擬結果的準確性至關重要。

　　a) 真彩圖 b) 偽顏色圖

　　圖1白光LED光源表面亮度分布圖

　　也就是說，與光源遠場模型最本質的區別是，光源遠場模型是將光源看作一個點光源，而光源近場模型則是將光源看作一個復雜的面光源。光源的形態用平面來表示，所有光線從光源的表面出射。近場模型更接近LED光源的實際出光情況，測量可獲得所測平面內各點的亮度、色度值，為LED光源的光學設計提供更為準確、詳盡的數據。

　　光源近場模型可以由近場分布光度計測得。如圖2 a)所示，近場分布光度計由分布光度計和成像亮度計組成，成像亮度計代替分布光度計中的光度探測器。成像亮度計采用二維光學接收元件(如CCD)，一次取樣可以實現所測平面內各點的亮度值的測量。近場分布光度計中的成像亮度計面對被測LED光源，直接接收LED光源的光線束。由被測光源發出的光束都具有可測量的與距離無關的亮度值，通過測量被測LED光源表面各發光點在空間各個方向的亮度值，用光線追蹤的方法可準確地得到LED光源的每一個平面的照度分布、空間光強分布和總光通量等光度參數，而且與測試距離、方向或LED表面的曲率半徑無關。如果要測量色度信息，成像亮度計換成成像色度計即可得到LED光源空間色度分布。

　　如圖2 b)所示，測量過程中光源可繞著自身機械軸轉動，成像亮/色度計從空間各個角度拍攝光源影像，每個指定角度的測量結果都包含亮度和顏色信息，構建光源亮度和色度輸出的三維空間圖像。測量結束后，測量軟件將這些圖像整合為描述光源亮度和色彩分布的近場模型，并以光強形式給出，光強I(x,y,z,θ,φ)是位置(x,y,z)和角度(θ,φ)的函數。如果進行了色彩和光譜測量，這個函數還會包含色坐標值或光譜。光源近場模型可生成射線集，用于光學設計和外推光源的遠場分布。

圖2 a)　近場光學分布光度計結構示意圖　　　圖2 b)　近場光學分布光度計原理示意圖