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LED光强光通量测试(一)

2020.4.28

1. 亮度色度基本概念

光通量是指人眼所能感觉到的辐射功率。单位是:流明(lm)

发光强度简称光强,国际单位是candela(坎德拉)简写cd,其他单位有烛光,支光。1cd即1000mcd是指单色光源(频率540X10^12HZ)的光,在给定方向上(该方向上的辐射强度为(1/683)瓦特/球面度)的单位立体角发出的光通量。

亮度是指单位面积内的明亮程度,即单位面积上的发光强度。单位:坎德拉(cd)

辐射度是指沿辐射方向、单位面积、单位立体角上的辐射通量。

照度是被摄主体表面面积上受到的光通量。

辐照度是指单位时间內投射到单位面积上的辐射能量。

测定光强的仪器称为光度计,采用光电管将光能转化为电能后、测定光电流值可得到光强大小的相对值,通过校正即得到光强值。必须注意的是,由于光电管所用的光电材料(即探头)的光谱灵敏区的限制,所测得的光强只是该光谱灵敏区范围内的值。使用光度计测得光强后,就很容易求算得曝光量,因为在光强不随时间变化的情况下,曝光量等于光强和曝光时间的乘积(曝光量=光强X曝光时间)。

色温:当绝对黑体在某一特定绝对温度下,其辐射的光谱与某一光源的光谱具有相同的特征,则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的色温。单位是:开尔文(K)。色温并非是光源本身的实际温度,而是用来表征其光谱特性的参量。

色度的概念包括:色度坐标,色温、主波长、色纯度。通常采用x,y或u,v色度坐标图,色度坐标图上任一点均可表示一种颜色。色度坐标图上有一条色温曲线,色温曲线上附近点的色温为相关色温。色度坐标图上中央有一个白光点E,假设色度坐标图上有另一点B,连接EB,并延长EB与谱线轨迹交于点C,则C点对应的波长即B点的主波长,色纯度等于EB与EC长度的比值。

  • 目前LED以及LED照明产品可分为以下三种类型:

低功率LEDs—经典的注塑型或者SMD型封装

大功率LEDs—目前比较流行的高亮度封装形式,具有散热设计

固体照明光源(SSL基于大功率LEDs组成的光源

 各种类型的大小功率LEDs                                                                        固体照明光源(SSL)

3.不同的配置可以适应以下不同光源的光学参数测试:

通过测角仪,进行光通量的角度分析

基于积分球的总光通量测试

基于平方反比定律的发光强度测试 

这些测试的传感器可以是一个光度探测器,三刺激值设备,光谱辐射计或者影像亮度计。光谱分析技术的应用可了解到更多的被测器件信息,能有效降低测试的不确定性,因为它是直接采用颜色适配函数。因此这种技术正变得越来越重要,并且成为LED测试首选手段之一。

目前测试LED的标准主要是针对小功率LEDs的CIE 127:2007以及针对大功率LED和固态光源的IES LM-79两个文件。

4.JET提供的LED光强光通量测量解决方案                   

4.1基于测角仪测量角分辨率光通量

测角仪与近场测角仪用于测试LEDs发光角度分布(即光学分布曲线—发光强度的角度分布)。这种测试耗费比较多的时间,但提供更全面的光源数据。积分数值如光通量与辐射通量将通过光分布数据的综合算出。颜色数值应该是整个立体角的平均值计算出来的(IES LM-79)

常见的光度计或者三刺激值探测器用于这类型的测试。如果需要额外测试光谱辐射的分布,光谱辐射计如specbos 1211可作为测角仪的一个探测器来使用。因为其高灵敏度,所以每一步的测试时间足够短。设备可以装配一个远程扩散器(光纤扩展的扩散器),因此配置会非常灵活。

Goniometer mit specbos 1211           Source:  http://www.olino.org/us


4.2基于积分球的总的光通量测试

如果觉得测角仪测试速度很慢,并且只需要知道总的积分数值(产线应用)就可以了,那么使用积分球是一个很好的选择。积分球包括最少两部分—一部分用于样品,另部分用于探测器。探测器为辐射通量而校准,但基本是测试球内表面照度的。积分球要满足下面要求以保证所有的曲面都具有相同的照度(测试区域的照度值将代表整个球的照度值):

探测接口处与球直径比值最大1:3;

忽略样品与样品接口或者辅助灯的光线自吸收;

内涂层具有高的反射与漫射系数(BaSO4);

符合CIE 127:2007以及IES LM-79所定义的其他流明测试条件;

根据标准,存在三种不同的积分球测试配置:

2π配置:样品放置在积分球内表面—可以用于LEDs这样没有反向光线。经常用于单颗LED与LED阵列

4π配置:样品通过接口,放置在积分球内部中央—常用于固体照明光源,必须使用辅助灯以补偿样品与连接器的光吸收。

部分光通量测试配置:样品被安置于样品接口一定距离处—在接口前一个精确孔径定义为一个立体角。

没有反向照射的LEDs测试几何示意图 (2π 配置)


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