LED光強(qiáng)光通量測(cè)試解決方案

LED光強(qiáng)光通量測(cè)試解決方案

LED以及LED產(chǎn)品發(fā)光強(qiáng)度光通量以及光譜特性的測(cè)試

——光譜輻射計(jì)

1. 亮度色度基本概念

光通量是指人眼所能感覺(jué)到的輻射功率。單位是:流明（lm）

發(fā)光強(qiáng)度簡(jiǎn)稱光強(qiáng)，國(guó)際單位是candela（坎德拉）簡(jiǎn)寫(xiě)cd，其他單位有燭光，支光。1cd即1000mcd是指單色光源（頻率540X10^12HZ）的光，在給定方向上（該方向上的輻射強(qiáng)度為（1/683）瓦特/球面度）的單位立體角發(fā)出的光通量。

亮度是指單位面積內(nèi)的明亮程度，即單位面積上的發(fā)光強(qiáng)度。單位：坎德拉（cd）

輻射度是指沿輻射方向、單位面積、單位立體角上的輻射通量。

照度是被攝主體表面面積上受到的光通量。

輻照度是指單位時(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的輻射能量。

測(cè)定光強(qiáng)的儀器稱為光度計(jì)，采用光電管將光能轉(zhuǎn)化為電能后、測(cè)定光電流值可得到光強(qiáng)大小的相對(duì)值，通過(guò)校正即得到光強(qiáng)值。必須注意的是，由于光電管所用的光電材料（即探頭）的光譜靈敏區(qū)的限制，所測(cè)得的光強(qiáng)只是該光譜靈敏區(qū)范圍內(nèi)的值。使用光度計(jì)測(cè)得光強(qiáng)后，就很容易求算得曝光量，因?yàn)樵诠鈴?qiáng)不隨時(shí)間變化的情況下，曝光量等于光強(qiáng)和曝光時(shí)間的乘積（曝光量=光強(qiáng)X曝光時(shí)間）。

色溫：當(dāng)絕對(duì)黑體在某一特定絕對(duì)溫度下，其輻射的光譜與某一光源的光譜具有相同的特征，則絕對(duì)黑體的這一特定溫度就定義為該光源的色溫。單位是：開(kāi)爾文（K）。色溫并非是光源本身的實(shí)際溫度，而是用來(lái)表征其光譜特性的參量。

色度的概念包括：色度坐標(biāo)，色溫、主波長(zhǎng)、色純度。通常采用x,y或u,v色度坐標(biāo)圖，色度坐標(biāo)圖上任一點(diǎn)均可表示一種顏色。色度坐標(biāo)圖上有一條色溫曲線，色溫曲線上附近點(diǎn)的色溫為相關(guān)色溫。色度坐標(biāo)圖上中央有一個(gè)白光點(diǎn)E，假設(shè)色度坐標(biāo)圖上有另一點(diǎn)B，連接EB，并延長(zhǎng)EB與譜線軌跡交于點(diǎn)C，則C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)即B點(diǎn)的主波長(zhǎng)，色純度等于EB與EC長(zhǎng)度的比值。

• 目前LED以及LED照明產(chǎn)品可分為以下三種類型：

低功率LEDs—經(jīng)典的注塑型或者SMD型封裝

大功率LEDs—目前比較流行的高亮度封裝形式，具有散熱設(shè)計(jì)

固體照明光源（SSL）—基于大功率LEDs組成的光源

 各種類型的大小功率LEDs                                                                        固體照明光源（SSL）

 

3.不同的配置可以適應(yīng)以下不同光源的光學(xué)參數(shù)測(cè)試：

通過(guò)測(cè)角儀，進(jìn)行光通量的角度分析

基于積分球的總光通量測(cè)試

基于平方反比定律的發(fā)光強(qiáng)度測(cè)試 

這些測(cè)試的傳感器可以是一個(gè)光度探測(cè)器，三刺激值設(shè)備，光譜輻射計(jì)或者影像亮度計(jì)。光譜分析技術(shù)的應(yīng)用可了解到更多的被測(cè)器件信息，能有效降低測(cè)試的不確定性，因?yàn)樗�是直接采用顏色適配函數(shù)。因此這種技術(shù)正變得越來(lái)越重要，并且成為L(zhǎng)ED測(cè)試首選手段之一。

目前測(cè)試LED的標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)小功率LEDs的CIE 127:2007以及針對(duì)大功率LED和固態(tài)光源的IES LM-79兩個(gè)文件。

 

4.JET提供的LED光強(qiáng)光通量測(cè)量解決方案                   

4.1基于測(cè)角儀測(cè)量角分辨率光通量

 

測(cè)角儀與近場(chǎng)測(cè)角儀用于測(cè)試LEDs發(fā)光角度分布（即光學(xué)分布曲線—發(fā)光強(qiáng)度的角度分布）。這種測(cè)試耗費(fèi)比較多的時(shí)間，但提供更全面的光源數(shù)據(jù)。積分?jǐn)?shù)值如光通量與輻射通量將通過(guò)光分布數(shù)據(jù)的綜合算出。顏色數(shù)值應(yīng)該是整個(gè)立體角的平均值計(jì)算出來(lái)的（IES LM-79）

常見(jiàn)的光度計(jì)或者三刺激值探測(cè)器用于這類型的測(cè)試。如果需要額外測(cè)試光譜輻射的分布，光譜輻射計(jì)如specbos 1211可作為測(cè)角儀的一個(gè)探測(cè)器來(lái)使用。因?yàn)槠涓哽`敏度，所以每一步的測(cè)試時(shí)間足夠短。設(shè)備可以裝配一個(gè)遠(yuǎn)程擴(kuò)散器（光纖擴(kuò)展的擴(kuò)散器），因此配置會(huì)非常靈活。

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

4.2基于積分球的總的光通量測(cè)試

如果覺(jué)得測(cè)角儀測(cè)試速度很慢，并且只需要知道總的積分?jǐn)?shù)值（產(chǎn)線應(yīng)用）就可以了，那么使用積分球是一個(gè)很好的選擇。積分球包括最少兩部分—一部分用于樣品，另部分用于探測(cè)器。探測(cè)器為輻射通量而校準(zhǔn)，但基本是測(cè)試球內(nèi)表面照度的。積分球要滿足下面要求以保證所有的曲面都具有相同的照度（測(cè)試區(qū)域的照度值將代表整個(gè)球的照度值）：

探測(cè)接口處與球直徑比值最大1:3；

忽略樣品與樣品接口或者輔助燈的光線自吸收；

內(nèi)涂層具有高的反射與漫射系數(shù)（BaSO4）；

符合CIE 127:2007以及IES LM-79所定義的其他流明測(cè)試條件；

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，存在三種不同的積分球測(cè)試配置：

 

 

2π配置：樣品放置在積分球內(nèi)表面—可以用于LEDs這樣沒(méi)有反向光線。經(jīng)常用于單顆LED與LED陣列

4π配置：樣品通過(guò)接口，放置在積分球內(nèi)部中央—常用于固體照明光源，必須使用輔助燈以補(bǔ)償樣品與連接器的光吸收。

部分光通量測(cè)試配置：樣品被安置于樣品接口一定距離處—在接口前一個(gè)精確孔徑定義為一個(gè)立體角。

沒(méi)有反向照射的LEDs測(cè)試幾何示意圖 (2π 配置)

 

Specbos 1301測(cè)試系統(tǒng)結(jié)合了specbos1201與一個(gè)300mm直徑積分球。

specbos 1311/500是一套結(jié)合了specbos1211與500mm直徑積分球以及輔助燈的測(cè)試系統(tǒng)。 它可用于2 π 與 4π測(cè)試。對(duì)于4π配置，自吸收校準(zhǔn)是必須的，因?yàn)闃悠肥钦麄�(gè)安置進(jìn)積分球的， 因此是干擾了積分球內(nèi)部的光路的。

specbos 1301 (300 mm not hinged sphere)             specbos 1311 (500 mm hinged sphere with auxiliary lamp)

 

使用積分球測(cè)量LED光通量，需要根據(jù)LED的封裝尺寸及類型，選擇LED固定支架，Specbos 1301光通量測(cè)試系統(tǒng)兼容 Gooch & Housego支架。選取合適的LED固定支架需要符合以下要求：

方便容易安裝固定好LED位置

把LED安裝在相應(yīng)的機(jī)械軸上

可設(shè)置好光源與探測(cè)器之間的距離

可減小支架與夾子的遮光效果

也可以減小輻射光的反射

 

4.3基于平方反比定律的發(fā)光強(qiáng)度測(cè)試

CIE對(duì)LED測(cè)量決定采用新的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述LED光強(qiáng)。新的術(shù)語(yǔ)叫做平均LED強(qiáng)度。 (平均 LED 光照強(qiáng)度或者平均LED輻射強(qiáng)度).

LEDs測(cè)量的CIE標(biāo)準(zhǔn)條件A 和 B。對(duì)于在這些條件下決定的平均LED強(qiáng)度，建議采用符號(hào)ILED A 和 /LED B 。兩種條件都要用到帶有一個(gè)環(huán)形入口孔的探測(cè)器，其孔面積為100mm2（即直徑為11.3mm）。要將LED 面向探測(cè)器放置，構(gòu)成條件A和B之間的距離就是LED和探測(cè)器之間的距離，此距離分別為：

對(duì)于 CIE 標(biāo)準(zhǔn)條件 A: 316 mm；對(duì)于 CIE 標(biāo)準(zhǔn)條件 B: 100 mm.

對(duì)于照明來(lái)說(shuō)，如果探測(cè)器已經(jīng)被校準(zhǔn)，平均LED強(qiáng)度可以從下面的關(guān)系計(jì)算得到：

ILED v = EV · d2

這里 EV 為用lx計(jì)量的平均照度，d為距離，單位m。對(duì)于條件A, d = 0.316 m ，對(duì)于條件B, d= 0.100 m.

這些條件相當(dāng)于視角0.001sr(條件A)和0.01sr(條件B),但是實(shí)際的尺寸和確認(rèn)的相符的結(jié)果中的角度同樣重要。相等的角度大約為2°(條件A) 和6,5° (條件 B)。

 

Jeti 1401是一個(gè)根據(jù)CIE 第127 規(guī)定，測(cè)量LED 發(fā)光平均強(qiáng)度的可見(jiàn)光光譜輻射計(jì)。

這款產(chǎn)品使用了一個(gè)根據(jù)CIE-127的A/B條件測(cè)試管，A/B條件可自由切換。使用成熟的軟件設(shè)計(jì)，使LED的發(fā)光強(qiáng)度、亮度、照度結(jié)合在一起。是一臺(tái)多功能的分光輻射計(jì)。

 

這種測(cè)試的探測(cè)器可以是亮度傳感器，三刺激值測(cè)試儀，光譜輻射計(jì)或者成像亮度計(jì)。

發(fā)光強(qiáng)度（cd）測(cè)試通常由光照度測(cè)試算出。它可通過(guò)如CIE 127：2007所描述的設(shè)置測(cè)試出來(lái)。這些設(shè)置的理念是樣品可以通過(guò)調(diào)整機(jī)械設(shè)置而得到調(diào)整—測(cè)試距離可通過(guò)調(diào)整LED實(shí)現(xiàn)，角度可通過(guò)一些機(jī)械軸實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

CIE 127:2007 Condition A

 

測(cè)試結(jié)果被認(rèn)為是LED平均強(qiáng)度而不是發(fā)光強(qiáng)度因?yàn)樗�不一定是LED的最大值。

specbos 1401使用基本的specbos1201與測(cè)試管以及符合CIE127:2007的積分球。兩個(gè)測(cè)試距離（Condition A—316mm與Condition B—100mm）。

specbos 1401 condition B

 

如果CIE 127發(fā)光亮度不能實(shí)現(xiàn)，測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)平臺(tái)的照度儀（參考：Radiant Intensity Calculation using Irradiance Measurement）

單獨(dú)的specbos1201/1211光譜輻射計(jì)結(jié)合軟件也可用來(lái)測(cè)量LED發(fā)光亮度，輻射度、照度、輻照度、光譜特性曲線、色溫、色度坐標(biāo)、色純度等參數(shù)，進(jìn)行快速測(cè)量得出數(shù)據(jù)。

光譜特性是本設(shè)備直接測(cè)試出的物理量，其余亮度色度都是基于此計(jì)算得出的。

在光譜窗口中，用戶可以看到發(fā)光體的波長(zhǎng)分布，并作分析。

可以通過(guò)點(diǎn)選某個(gè)波長(zhǎng)，軟件會(huì)顯示光源在該波長(zhǎng)的光譜輻射率。

可以通過(guò)設(shè)置波長(zhǎng)范圍，對(duì)某一段波長(zhǎng)做重點(diǎn)分析。