LED和LED燈具全空間分布光度測(cè)量技術(shù)

　　3.3光強(qiáng)分布

　　光強(qiáng)是將被測(cè)光源視作點(diǎn)光源，考察其在空間給定方向的立體角元內(nèi)的光通量。為將LED和LED燈具視作點(diǎn)光源，理想的測(cè)量或計(jì)算的光強(qiáng)距離應(yīng)為無窮遠(yuǎn)。全空間分布光度計(jì)可與傳統(tǒng)光強(qiáng)測(cè)量方法相同，利用長(zhǎng)距離的光度探頭測(cè)量照度，并通過距離平方反比定律近似計(jì)算出遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)：，d為測(cè)量距離。但對(duì)一些出光面大、光束窄、出光較為復(fù)雜的LED燈具，光強(qiáng)值會(huì)因?yàn)閐不夠大而存在較大誤差，如圖4所示，當(dāng)測(cè)量距離d不夠時(shí)，探測(cè)器接收到的光線的方向會(huì)與光強(qiáng)的方向不一致。

測(cè)量距離不夠大時(shí)的光線接收方向

測(cè)量距離足夠大時(shí)的光線接收方向

圖4：光強(qiáng)測(cè)量中探測(cè)器接收的光線示意圖

　在全空間分布光度計(jì)中，還可以使用光線追蹤的方法計(jì)算出遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)分布：利用已知的光線分布，將光線追蹤到無窮遠(yuǎn)處，此時(shí)被測(cè)LED或LED燈具可被視作點(diǎn)光源，僅需考慮所有方向位于立體角元內(nèi)的光線，如圖4所示，計(jì)算表達(dá)式為：

　　(2)

　　其中，為光強(qiáng)方向，為該方向的立體角元。

　　3.4 空間照度分布

　　照度是指單位面積上的光通量，即。在傳統(tǒng)的光度學(xué)中一般是根據(jù)由分布光度計(jì)所測(cè)得的燈具的空間光強(qiáng)分布即配光曲線，通過照度平方反比定律，來計(jì)算各個(gè)距離下的照度分布、平面等照度曲線、空間等照度曲線等空間照度分布特性的。如圖5所示，對(duì)于點(diǎn)光源，這種方法是合適的;但是對(duì)于LED和LED燈具，至少由于以下兩點(diǎn)會(huì)存在較大誤差：

　　首先，發(fā)光面較大、出光面復(fù)雜的LED或LED燈具射入某一面元的光線方向與LED或LED燈具中心點(diǎn)到該面元的方向即光強(qiáng)計(jì)算方向存在很大差異，因此實(shí)際射入該面元的各光線光通量之和與通過光強(qiáng)計(jì)算出的光通量相應(yīng)存在很大差異;

　　其次，如圖5所示，受單顆LED光束角的限制，左側(cè)LED的光線是不能到達(dá)面元dA和dA’的，而遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布僅表征整體配光效果，卻不能反映出這些細(xì)節(jié)。

點(diǎn)光源照射到不同距離下的面元的光線

典型LED燈具照射到在不同距離下的面元的光線

圖5：照度到任一面元內(nèi)的光線

　　在全空間分布光度學(xué)中，通過光線追蹤的方法求得落在空間任一面元的光線光通量，即任一截面的照度，而無論該截面在何位置，是否為曲面。

　　通過光線追蹤法，設(shè)計(jì)師能夠了解LED和LED燈具的空間光分布細(xì)節(jié)，全面掌握LED和LED燈具的光度特性，從而能更為科學(xué)合理地進(jìn)行LED燈具設(shè)計(jì)和照明設(shè)計(jì)。全空間分布光度學(xué)給燈具開發(fā)和照明設(shè)計(jì)帶來的影響是具有革命性的。

　　3.5 總光通量的精確測(cè)量

　　全空間分布光度計(jì)若在近場(chǎng)配置了余弦性能優(yōu)良的精密光度探頭，則利用該光度探頭使用基準(zhǔn)級(jí)方法，即照度積分法測(cè)量的總光通量[3]：測(cè)量包圍LED或LED燈具的球面各面元照度，對(duì)面積積分求得總光通量，表達(dá)式為，E為面元dA處的照度。LED和LED燈具總光通量以及部分光通量也可以利用光線分布計(jì)算出來。

　　3.6 全空間分布光度的校準(zhǔn)

　　全空間分布光度測(cè)量包括近場(chǎng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量。對(duì)光源的近場(chǎng)亮度分布測(cè)量能夠推導(dǎo)出光線分布、遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布以及任意距離下的照度分布等光源空間光分布的細(xì)節(jié)，但現(xiàn)有成像亮度計(jì)在V(λ)光譜匹配和線性等方面的性能不如高精度光度探頭，其測(cè)量值的絕對(duì)值精度可以通過近場(chǎng)光度計(jì)校準(zhǔn)而達(dá)到很高水平。同時(shí)，在全空間分布光度測(cè)量中，用遠(yuǎn)距離測(cè)得的被測(cè)光源的照度值/光強(qiáng)值來校準(zhǔn)用光線追蹤方法推導(dǎo)出的相應(yīng)量值。近場(chǎng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量相結(jié)合能夠得到精確、詳盡的LED和LED燈具的空間光分布特性量值。