吕亮吕正
中国计量科学研究院光学处 100013
摘要：介绍发光强度和光通量的定义及其必要的几何条件，然后讨论LED是否满足这些几何条件，给出LED实际测量的定义和条件，分析LED本身会带来的测量误差。
关键字： ＬＥＤ、发光强度、光通量、变角光度计、积分球、挡屏、反射率。 DIFFICULTY ASPECTS OF LED PHOTOMETRIC
MEASUREMENTAND IT’S ANALYSIS
Lv Liang Lv Zheng
National Institute Of Metrology 100013
Abstract:Here we will introduce the definitions and geometries of luminous intensity and luminous flux;Analysis:Do LEDs fit those geometries? Some practical definitions and discussions;Sources of erro
r.
Keywords: LED, luminance flux, luminance intensity, luminance, illuminance,goniometric, integrating sphere,baffle, reflectivity
引言
以发光二极管（LED）为代表的现代照明光源与白炽灯、荧光灯之类的传统光源相比，它有寿命长、光效高、功耗低及便于维修等优点，所以目前世界上生产和使用LED呈现急速上升的趋势。随之对LED性能的测试和评估被提到日程上来。 传统的光学参数比如：发光强度、光通量、辐射强度、辐射通量、峰值波长主波长、光效率、坐标等可以被用来评估LED的性能。但是随着世界各国生产技术水平的提高和产品竞争的日趋激烈，使得人们对光强、光通量计量的精确程度提出了更高的要求。恰恰这两个参量正是LED光学计量的难点所在，其中好多因素会导致测量结果有较大偏差，而且有些因素到目前为止还不能被消除。
1．正文
1.1 发光强度的测量
点光源向空间各个方向发出的光辐射是相同的，那么我们可以用给定立体角内光源的光通量来定义发光强度。
扭剪型螺栓注意到发光强度的定义要求光源是点光源，同时光源发光是各向同性的，如果被测光源发光是带有方向性、而且不是点光源，那么光强的测量结果会随着测量方向、测量立体角、测量距离的不同而变化很大。
LED明显不符合点光源的几何条件，早期一些国家的测试工程师仍然采用这种点光源模型，建立了0.01sr和0.001sr两种立体角下的测试系统（没有规定测量距离），然后经过实验室相互比对结果差的很多，原因是LED发光方向性很强，导致光强测量结果会随测量距离不同变化很多。
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认识到这个问题后出现了“CIE Publication 127)”中推荐的A和B两种光强测量条件（图1）
ic卡智能门锁
。
图1
A、 B两种测量条件都将LED的头部作为点光源对待，都采用1cm 2
的探测器，A条件测量距离为316mm，对应立体角为0.001sr，B条件测量距离为100mm，对应立体角为0.01sr。
测量难点：
由于LED封装类型较多（图2），几何外形差别很大，使得LED的光分布不同（图3），有些情况下光分布曲线还不对称。
夫妻草
图
2
图3极早期烟雾探测器
那么这就要求被测LED测量位置必须能够精确再现，而且为了应对各种封装的LED，测量系统的装夹机构必须有很好的适应性。我们可以研究一下（图4）LED的光路模拟图：
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图4
从图4我们可以看出打到屏幕上的图样中心是LED光线经过透镜所成的高亮光斑，它在整个成像区域所占的比例非常小，而内部多次反射和从两侧发出的光在图像所占比例很大，光分布没有严格的数学模型可以描述。那么这种情况使得我们的测量对距离、光阑大小、探测器形状和大小依赖性很高。只要保证了这些条件可以精确再现，那么我们的测量结果重复性就会得到保证，各实验室的测量结果也就可以基本吻合。
为了使得这些条件可以精确再现，LED装夹机构必须保证LED测量位置能够精确再现。满足这种条件的LED装夹机构设计要点如下：
○
1保证LED安装后处在机构的机械轴上； ○
2调节自由度较大能保证不同封装的LED测量时可满足A、B两种测量距离； ○
3尽量减小装夹装置对光线的遮挡； ○
4尽量减小装夹头的反射； ○
5能保证插拔次数很多后长期保持电接触良好； ○
6同时适应不同封装类型的LED； ○
7保证插拔的方便性，保证一般未经训练的人能正确操作。 1.2 光通量的测量：
光通量的常规测量方法有两种：变角光度计法和积分球法。
1.2.1 变角光度计法也是将LED 作为点光源来对待，通过空间环绕LED360度，积分后计算出总光通量（图5）。
图5 这里又提到了“点光源”这个问题，但是上面我们已经讨论过LED 并不符合点光源的条件，所
以这又会对测量产生很大影响。我们现在对测量影响因素分析如下，从（图6）可以看出如果将出射光线反相延长我们明显看到在“1”的位置上有一个光心，另外可以看到在“2”、“3”位置上也有类似的光
心，那么我们到底应该让变角光度计围绕哪个中心旋转呢，这就是一个较严重的问题。在一般测量中我们总是围绕“3”这个中心进行扫描，这样的话就会和以“2”、“3”为中心测量的结果相差较大，因为实际扫描的区域角度不同。
解决方法：我们经过计算和实验得到如果扫面半径大于300mm时，不同中心对应的扫面角度差别就会小于1度，从而计算结果接近一致。有些实验室的测量角度小于300mm，所以比对结果很不一致。
图6
1.2.2用积分球法测量总光通量的原理如图7所示：
漏洞修复失败
图7
从图7看到被测LED位于积分球的中心，球壁开口处放置探测器，在LED和探测器之间有一个挡屏，积分球和挡屏上都喷涂了高反射材料（一般93％）。挡屏的作用是防止LED的光直射到探测器上，保证光源发出的光都打到球壁上（除去被挡屏遮挡的部分球壁），然后无吸收地在整个球里进行多次反射。
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图8
1.2.2.1 但是挡屏又带来了一个问题，从图8看出挡屏遮住了LED 第一次打到球壁的光线，这束光线必须经过球内其他部分的反射，意味着球壁没有100％反射，图8中的阴影区形成了一个低响应区域，这一点区别于理想的积分球。减小这个因素的方法如下：
○
1在仪器条件允许的情况下增大积分球直径，那么挡屏产生的阴影区域在整个球内所占比例会变小，对测量结果影响也会变小。
○
2尽量减小挡屏的面积。 ○
3不要使LED 光轴垂直于挡屏，而是平行于挡屏，只要保证LED 不直接照射到探测器上就行，这样效果更明显。
○
4提高球壁涂层的反射率。 1.2.2.2 另外一个关键的而且较容易忽视的问题就是：当一个吸收率较高的物体放入积分球后，会导致积分球内光线反射次数减少，这也就等同于降低了积分球涂层的反射率。比如被测LED、LED 灯座、导线都属于吸收率较高的物体。这种情况对测量结果的影响是不可忽略的。 解决这个问题的一个方法：在积分球内永久性地放置一个辅助光源（Auxiliary lamp），用于修正被测光源和附件所引入的误差。如图9
：高压软起
图9
将辅助光源放置到探测器的对面，也就是上面提到的阴影区域内。
采用标准灯相对测量法测量LED 的过程中，先将标准灯安装在积分球内（不点亮），点亮辅助光源后读数，然后将被测LED 替换标准灯（不点亮）后再读数，两次读数的比值就是被测光源及其附件对积分球反射率的影响系数，在进行最后计算时用此系数来修正结果。
1.2.2.3 第三个容易出现的情况就是：为了测量方便经常将被测LED 放置在球壁的一个开口处进行测量，也就是被测LED 没有放置到积分球中心，而是过于靠近球壁。要注意如下错误： ○
1有时候不能确定是不是完全将LED 放入积分球内，这将直接影响到所有的光通量是否全部打入积分球内。
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