《LED照明产品质量控制》课件-项目三 LED照明产品性能检测

《LED照明产品质量控制》

项目名称：LED照明产品性能检测

专业名称：光电技术应用

目录31245可见光光度学色度学光度测试方法色度测试方法什么是可见光？光是能量存在的一种形式，也是宽广的电磁波谱的一部分。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、伽马射线组成了电磁波。可见光在电磁波谱中是很窄的一部分，波长范围一般被定义为380nm至780nm。光谱(spectrum)：光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。电磁辐射波谱及可见光谱

不同波长的可见光辐射引起不同的颜色感觉，单一波长的光辐射表现为一种颜色，称为单色光或光谱色。见到单色光的机会不多，一般见到的都是由不同波长的单色光组合成的复色光。一定成分的复色光对应一种确定的颜色。光的特性不同颜色的光就是不同波长的电磁波常用各个颜色LED的峰值波长材料颜色峰值波长(nm)功率效率(%)GaAs:Si红外95012.0AlGaAs(铝镓砷)红6503.0Ga0.6As0.4P(磷化镓砷)红6600.6Ga0.35As0.65P(磷化镓砷)橙6320.6Ga0.15As0.85P(磷化镓砷)黄5900.1GaP:N(稼磷氮)绿5700.3SiC(碳化硅)蓝4700.02GaN(氮化镓)蓝4650.01LED光谱图可见光波段范围：question:380nm~780nm。人眼特征：外界物体反射来的光线，依次经过角膜、瞳孔、晶状体和玻璃体，并经过晶状体等的折射，最终落在视网膜上，形成一个物像。视网膜上有对光线敏感的细胞。这些细胞将图像信息通过视神经传给大脑的一定区域，人就产生了视觉。人眼特征：在明亮的环境下，锥体细胞起主要作用，它能分辨物体的颜色和细节称之为锥体视觉又称明视觉（PhotopicVision)杆体细胞只在黑暗的环境下工作，它更关注物体明暗程度，而不关颜色，我们称之为暗视觉（ScotopicVision)介于这两视觉之间的视觉称之为中间视觉（正常人眼睛明视觉下对黄绿光最灵敏，对红光和紫光最不灵敏）人眼特征：三种视觉的划分三基色：辐射度量(radiometry)：从能量角度对辐射进行评估的纯物理量，研究波段包括紫外、可见和红外(0.1nm~0.1cm)光度量(photometry)：通过标准光度观测者的方法进行评估的物理量，波段一般为380~780nm1.人眼对不同波长的单色光敏感度不同。明视觉下对555nm的绿光最敏感，暗视觉对507nm的黄光最为敏感。2.明视觉光谱光视效率V(λ)：设引起相同视觉的波长为λ的单色光和波长为555nm的单色光的辐射通量分别为Φλ和Φ555，则该单色光的光谱光视效率为：V(λ)=Φ555/Φλ，它是个无量纲的物理量。3.暗视觉光谱光视效率V’(λ)：V’(λ)=Φ507/Φλ4.光谱光视函数(视见函数)：各个波长单色光的光谱光视效率按波长的分布。就是我们常说的V(λ)、V’(λ)曲线。视见函数暗视觉明视觉1942年，国际照明委员会（CIE）定义了人眼的平均敏感度后，光度测量就成了一门新兴学科。CIE测定了大量人类样本的亮适应数据，然后汇编进CIE标准光度函数（明视觉曲线－正常状态下的色彩感觉；暗视觉曲线－低照度情况下的非彩色感知)视见函数视觉可分为哪几种：question:明视觉；暗视觉；中间视觉。光度学光通量Φv(luminousflux)1.定义：单位时间内光源向空间发出的、使人产生光感觉的能量2.公式：3.单位：lm（流明）发光强度Iv(luminousIntensity)1.光强定义：光源在指定方向上通过单位立体角内的光通量的多少2.光强公式：Iv=dΦv/dΩ

发光均匀分布:Ｉv=Φv/Ω3.单位：cd（坎德拉）Iw光度学光度学中的量值传递SI单位制体系七个基本单位

m、kg、s、K、A、mol、cd22个具有专门名称的辅助单位，包括光通量单位lm、光照度单位lx坎德拉是发出频率为540×1012Hz辐射的光源在给定方向的发光强度，该光源在这个方向的辐射强度为1/683（Wsr-1）。照度Ev(illuminance)1.定义：单位被照面积上光通量2.公式：Ev=dΦv/dＡ光通量分布均匀：Ev=Φv/Ａ3.单位：lx(勒克斯)照度流明面积(m2)光度学不同环境下的典型照度亮度Lv(luminance)1.定义：光源在给定方向上单位立体角单位面积内的光通量。2.公式：

3.单位：nit(尼特)或cd/m2(坎德拉/平方米)光度学光效η1.定义:光源发出的总光通量与它所消耗的电功率之比称为光源的发光效率2.公式:η=Φv/P电3.单位:lm/w光度学常见几种灯的发光效率白炽灯：8-17lm/W金属卤化物灯：45-60lm/W日光灯：30-60lm/W高压钠灯：100-150lm/W低压钠灯：180-200lm/W白光LED器件：100-200lm/W量符号定义式单位光能QvJ(焦耳)光通量ΦvΦ=dQ/dtlm(流明)照度EvE=dΦ/dAlx发光强度IvI=dΦ/dΩcd亮度LvL=dΦ/(dA·cosΘ·dΩ)cd/m2光度学距离平方反比定律连续光强光源在光接收表面的照度与光源到接收表面的距离的平方成反比。点光源光轴附近发光强度基本均匀的灯距离大于光源发光面的10倍10000cd的光强在10m远处的照度？余弦修正一定面积上的光强因入射角的不同而变化，实际投影面积随入射角的增加成比例减少，因此探头需要进行余弦修正。ΦEIΦ=E·SΦ=I·ΩI=E·L2光通量Φ（lm）光强I（cd）照度E（lx）光度学色度学色品坐标：以数字方式在坐标图上表示光源发光颜色的量。XYZ系统：色度学CIE1931x-y系统：色度学CIE1960系统：色度学CIE1976u'-v'系统：不同坐标系统之间的转换

如果一个光源发射光的颜色与某一温度下的黑体发射光的颜色相同，那么，此时黑体的绝对温度值就称为该光源的颜色温度，简称色温。（光波在不同的能量下，人类眼睛所感受到的颜色的变化）单位：开尔文（Kelvin）色度学色温：

在某一确定的均匀色度图中，如果一个光源与某一温度下的黑体具有最接近的色品，此时黑体的绝对温度值就称为光源的相关色温。（当光源发射光的颜色和黑体不相同时，用相关色温来描述光的颜色。）单位：开尔文（Kelvin）色度学相关色温：一个灯的光色可以简单的以色温来表示，以发出光色为暖白色的普通白炽灯泡为例，其色温为2700K，而一般日光灯的色温为6000K，光的色温主要可分成三大类：暖白色：＜3300K中间色：3300至5300K冷白色：＞5300K色度学不同相关色温效果色品图中的等色温轨迹色温图色温越高，蓝光区所占比重越大。色温停车场的效果隧道的效果HighPressureSodiumLED自然界的色温光源中常用的色温分档(GB50034):注意:各国的分档略有差别.分组色表CCT(K)适用场所举例I暖<3300客房､卧室､病房､酒吧､餐厅II中间3300-5300办公､教室､阅览室､诊室､机加工､仪表装配III冷>5300热加工､高照度场所显色性

光源对物体颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色的逼真程度，通常叫做"显色指数"。

Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致。Ra的来由对LED要特别关注特殊显色指数中的R9.Ra的计算1)分别计算8块色板(i)在标准光源r和被计算光源k照明下的色差ΔE:ΔEi=[(u’r,i-u’k,i)2+(v’r,i-v’k,i)2+(w’r,i-w’k,i)2]1/2=[Δu’i2+Δv’i2+Δw’i2]1/2

计算对某个样品的显色指数Ri:Ri=100-4.6ΔEi式中,4.6是对标准荧光灯Ra=50时的调整系数.对1-8个样品的一般显色指数Ra:Ra=ΣRi/8.室内显色指数要求LED–TotalWattage=36W金卤灯

–TotalWattage~158to237W光度测试方法积分球法：仪器设备测量项目不同燃点姿态：测量方法：积分法、分光法、两者结合。标准灯自吸收优缺点积分球法：光度学中的量值传递成熟程度较低的仪器：多种标准器具频繁定标被测对象与标准器具特性相近；成熟高级的仪器：标准器靠近国家原始基准易实现较高的测量准确度中国的发光强度副基准和工作基准BDQ-1/2BDQ-3BDQ-4/5BDQ-6BDQ-7/8总光通量的基准测量方法：分布光度计：要求角度间隔对于测量结果的影响C间隔γ间隔光通量10128121052987101032142012788205296220103188典型LED路灯：总光通量计算值与角度间隔之间的关系typeBtypeC分布光度计：种类：立式卧式机器人近场分布光谱辐射计双镜分布光度计圆周运动反光镜式分布光度计中心反射镜式分布光度计分布光谱辐射计使用规定的分布光谱辐射计将高精度光谱辐射计安装在分布光度计上不得经过镜子反射等方法，否则会影响测量精度近场分布光度计近场分布光度计分布光度计+成像亮度计测量被测光源在空间各方向上的亮度和亮度分布；光线追踪的方法测量光强分布（处于应用初期的研究阶段）光线追踪计算各光度参数从亮度分布推导出光线分布计算其他光度参数：光通量、光强、任意平面的照度分布等配光曲线：配光曲线：路灯配光曲线：路灯配光曲线：隧道灯配光曲线：筒灯配光曲线：平板灯配光曲线：球泡灯配光曲线：PAR灯ZEMAX

ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential）。

ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP,*.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式meritfunction参数输入，对话窗式预设meritfunction参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。TRACEPRO

TracePro是一套普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真软件。它是第一套以ACISSolidModelingKernel为基本的光学软件。也是第一套结合真实固体模型、强大光学分析功能、数据转换能力强及易上手的使用接口的仿真软件。

TracePro多变化的应用领域包括：照明（Illumination）；导光管（LightPipes）；薄膜光学（TissueOptics）；光机设计（OptomechanicalDesign）；杂散光和激光泵浦。LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式叁维实体建模软件体系，提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射镜、分束器、衍射光学元件、棱镜、扫描转鼓、机械结构以及光路。由于LightTools把光学和机械元件集合在统一的体系下处理，并配有“放置”光源、发射光线的非顺序面光线追迹的强大功能，使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用，成为人们理想的工具。非顺序面光线追迹功能可以直观地描述在系统中任意表面上或介质中发生的任何光学现象，如折射、反射、全反射、散射、多级衍射、振幅分割、光能损耗、材料吸收等，并根据需要自动实时衍生出多路光路分支。杂光分析、光能计算、鬼像预测等从此变得轻而易举、一目了然。设计中可能存在的各种潜在问题将被及时发现和预防。LightToolsDIALux是由多家世界著名照明灯具厂商－Philips,BEGA,THORN,ERCO,OSRAM,BJB,Meyer,雷士等所支持研发的专业照明软件，并且每年更新升级。1.精确的照度计算DIALux为独立使用的照明软件，并外挂不同照明厂家的多样产品，进行照明设计和计算，并输出完整的报表。DIALux可精确计算出所需的照度，并提供完整的书面报表及3D虚拟实境图。世界各地照明厂商可藉由DIALux的工作平台展现完整的资料型录。轻易地比较不同型式的灯具并呈现其计算值。藉由DIALux之智能型计算程序提供正确及可信度高的资料结果。2.建立场景模型DIALux自带建模的方法，可以较快的生成室内外空间。DIALux自带大量的3D家具库，方便室内照明设计师进行照明计算