光度学单位的基础LED

1、LED光度学的基础光度学的基础上海市照明学会上海市照明学会章海骢章海骢光是辐射的一种形态光是辐射的一种形态,是有能量的是有能量的 -光能够做功,烧饭和烧水,转变成热能; -转变成电的例子,可储存和输送.光是电磁辐射,是电磁波的一种光一定要度量和一定可以度量的. 能量-功率其中:与辐射挂钩与辐射挂钩: 辐射能量-辐射功率与眼睛挂钩与眼睛挂钩: 光能量-光功率一定是视觉细胞在起作用一定是视觉细胞在起作用. 眼睛感觉到的光功率.视网膜上的视觉细胞:眼睛感觉到的光功率-要经过“过滤”“过滤系数”见右.一一.光度学的单位光度学的单位 度量光的强弱(大小)和方向的一门科学.基本单位: 光通量光通量-发光体

2、发光体的的 发光强度发光强度-发光体发光体的的 亮度亮度-发光体发光体 反射体反射体-受照体照明后的反受照体照明后的反 射光射光 照度照度-受照体受照体的的四四个单位的图示:1.光通量光通量 光通量光通量:看得见的 光辐射功率 单位:瓦瓦光通量的单位光通量的单位:流明流明(lm)眼睛视网膜上的视觉细胞眼睛视网膜上的视觉细胞明视觉明视觉:锥体细胞锥体细胞 3cd/m2.暗视觉暗视觉:杆体细胞杆体细胞8000 cd/m2. 三基色粉:10000 cd/m2. T5:16000 cd/m2. CFL:40000 cd/m2. 人眼适应的最好亮度人眼适应的最好亮度:100 cd/m2. 白云:8000

3、cd/m2. 道路:0.5-2.0 cd/m2.三基色32W灯管, =2Io=3200lm, Io=324.6cd.灯管长1.2m,直径26mm,平均灯管亮度L Io /1.2m0.026m=10402cd/m2.我们周围环境中看到的发亮物体的亮度和人眼长期适应的亮度:4.照度照度E 被照面上单位面积被照面上单位面积S上接受的光通量上接受的光通量. E= /S单位:勒克司(lx).即 1lx=1lm/1m2. 举例: 夏天的太阳下:80000-100000lx 满月下:2lx 办公室:500lx 车间一般照明:150-300lx 体育场(国际):垂直1200lx 居住小区最佳半柱面照度Esc:

4、310lx有多种照度的定义:：衡量面观察方向应用场合水平面平面物体办公，教室，工厂，道路等垂直面对TV摄像机，对对方来人小区，TV转播运动场，小路半圆柱对对方来人，小区，小路，圆柱对四周看台上观众运动场照度的计算 E=I/r2举例: 10000cd的光强在10m远处的照度? E=10000/10X10=100lx.二.LED的发光特点及在光度学中的情况 1.基本特点 从光度学内容来说,LED并无不同.仅根据LED的发光特点,决定了有以下差异: 1) LED的光通量仅射向2空间; 2) LED的光强很小,5的仅mcd数量级; 3) LED的亮度很高,达106cd/m2数量级; 4) LED的发光

5、情况与热管理有关。2. LED的光通量仅分布在2空间(半空间)的问题 1)LED的灯具做在芯片中去了2)与传统灯具的效率比较特别节能的几种灯具: (1)下射筒灯 (2)线槽灯 橱柜灯 (3)球泡灯3)光通量测量上的问题 积分球测量法积分球测量法: 应该使用的测量形式积分球测量光通原则:1.积分球内面积与被测物的面积2.使用标准光通量灯做校正,较正内容视测试方法而异: 1)光通直接比对:需要发光形式相同配光近似的标准灯(积分法测量积分法测量),用两者光通量和接收的信号之比值比值求得; 2)从光通标准灯的光谱和光通量确定被测光谱的绝对分布后计算计算得到光通量(分光法分光法测量测量).积分法测量积分

6、法测量 用标准光源替代一次测量分光法测量分光法测量-计算过程 第一步:用标准光通灯定标; 第二步:测量被测光源.积分球原理积分球原理 达到平衡后,光源光通,积分球上照度E,积分球面积S和表面吸收系数有下关系: =(E0+E1+E2+E3)S 即: =E4r2(1-) E= / 4r2(1-)在点光源时, =4I0.代入有: E= I0 / r2 (1-)而第一次照度E0= I0 / r2 ,最后的照度比第一次增大了:1/(1-)倍.在=0.9,1/(1- )=10. =0.98时,E=50 E0.看LED在积分球内测量的问题 1.内壁肮上下半球肮脏带来的问题 2.灯具配光形式不同带来的问题积分

7、球内脏的分析积分球内脏的分析: 设定半球反射率1,另半球2,最后的有: =(E0+E1+E2+E3)S1/2+ S 2/2 =ES(2-1- 2)/2 E=2/S(2-1- 2)=24Io/4r2(2-1- 2) =2Io/r2(2-1- 2)与原来都是1的相比: E/E=2Io/ r2(2-1- 2) / I0 / r2 (1-1) =2 (1-1)/(2-1- 2) 若1=0.98, 2=0.95 , E/E=4/7=0.57;若1=0.98, 2=0.90 , E/E=1/3=0.33. 影响很大.准确测量需要的形式: 考虑球内的不均匀性后: 1)基准与被测配光 光谱相同 2)基准与被测

8、置于球侧.LED基准器的说明: 相同配光, 相同光谱, 光强最好在相似的数量级, 热稳定性好(Peltier效应,半导体致冷). 半导体致冷(帕而贴效应)的说明3. LED的光强很小 一般的LED光强仅几百mcd,或大功率的也仅几个cd. 100 mcd在0.5m测量也仅0.4lx. 一般照度计述的范围:0.01-3X105lx. 计量范围(受标准灯的限制):40-3000lx. 需要在小数值和大数值之间的线性和准需要在小数值和大数值之间的线性和准确度确度.注意注意! 例如上述照度计在1.5X10-1- 3X105lx之间的不确定度Urel=1.4%(K=3).LED太小,所以CIE规定了测量

9、光强的办法:测量标准条件: 光度计有效接受面积:100mm2; 直径11.283mm,近似11.3mm.原因: 1) LED太小,配光变化多,必须规范; 2) 规定元件的比较条件,利于比较和表述;远场条件远场条件(CIE标准条件标准条件A):L=316mm,接受面对接受面对LED顶的张角顶的张角0.001sr,相应平面角相应平面角2.测得的平均光强符号测得的平均光强符号:ILEDA.近场条件近场条件(CIE标准条件标准条件B) :L=100mm,接受面对接受面对LED顶的张角顶的张角0.01sr,相应平面角相应平面角6.5.测得的平均光强符号测得的平均光强符号:ILEDB.LED都装在透镜内.看光路: 必须规定接受器的大小和它离接受器的距离.近场和远场的图示: 聚光光束(光强大):A (远场)条件; 散光光束(光强变小):B(近场)条件.4. LED的亮度很高 请看CREE的数据：利用光通量和光强分布求得I0的数值： =I0f() I0= /f()2(cos i-cos i+1) LED的芯片的面积S见下： S=1.