分布光度计介绍  

——LM-79-08解读

深圳市迈昂科技有限公司  黄平东

1.适用范围
 
        本方法适用于基于LED的控制电路和散热器的SSL产品,适用于灯具形式(包含光源装置)以及集成的LED灯,即这些设备只需要AC或DC电源即可运行;不适用于需要外部运行电路或外部散热器的SSL产品,如LED芯片、LED封装和LED模块,也不适用于为未配备光源的SSL产品而设计的装置。
 
2.测量参数
 
        光参数:总光通量、发光效率、光强分布、色度坐标、相关色温和显色指数;电参数:输入交流(或直流)电压、输入交流(或直流)电流、输入功率(DC或AC)、输入电压频率和功率因数。
 
3.环境条件
 
⑴空气温度:25℃ ± 1℃;
⑵热环境:安装方法是装置散热的主要路径,并且可能极大影响测量结果。被测试的SSL的产品应安装在测量仪器(如积分球),以便通过配套设施的热传导冷却效应稍微起到冷却作用。
⑶空气流动:被测SSL产品表面的空气流动可能极大地改变电力值和光度值,被测SSL产品周围的空气流动应使正常对流气体不受影响。而国内某些设备厂家为了保证空气温度满足条件采用向积分球内输入冷气的方法显然不太可取,至于如何尽量保证测试时空气温度,其实在测试过程中有一些小技巧,我们将会后面几期的博文中陆续讲到。另外,某些分布光度计采用转速过快的灯转式结构显然也违背了此原则。
 
4.工作方向
 
        LED 的发光过程不受方向的影响,但SSL产品的方向会改变LED 在产品上产生的热状态,因此光输出也可能受SSL产品方向的影响。被测SSL产品应该在制造商推荐的产品最终使用环境中进行评估,也就是说SSL产品的测试环境要尽量与最终使用环境保持一致,就投射角度来说,如测试向上发光的地埋灯,安装时保证其是向上发光的;测试悬挂灯具时,可通过积分球内从上往下或从下往上的杆固定于球中位置采用4π测量;而对于舞台投射灯,因其最终使用时有一定投射角,测量时可以安装在球壁并保证一定的投射角度。单从这一点来看,积分球系统里目前只有旋转积分球严格满足此标准。
 
5.设备选择
 
        SSL产品的总光通量应该使用积分球系统或分布光度计进行测量。具体的选用取决于是否需要测量
其它测量值(颜色,强度分布)以及SSL产品尺寸和其它要求。
 
积分球系统:
 
1.  测量原理
        其中,yTEST (λ)和yREF(λ)是SSL产品和标准灯分别测试所得的光谱分析仪的读数,而α(λ)是
自吸系数。
        根据测得的总光谱辐射通量φTEST(λ) (W/nm),总光通量φTEST (Lm)根据以下公式求得
        由公式(2)可知,标准灯的标准数据文件应该提供全光谱的辐射通量(W/nm)而不是某几个波长的光
通量(Lm)。另外,色度量值也是根据测量的全光谱辐射通量计算得来的。
 
2.  球体尺寸指导
 
        4π测量:SSL产品的表面总面积应该小于球壁面积的2 %,例如,相当于一个2m的积分球里面直径
小于30cm的球形物体,线性产品最长的物理尺寸应该小于球体直径的2/3;
        2π测量:用于安装固态照明产品的开口的直径应该小于球体直径的1/3。
 
3.  积分球内壁涂料
 
        建议积分球内壁涂层的反射率为90%-98%。较高的反射率有利于获得较高的信号,误差与球体响应
的空间不一致性以及被测SSL产品的光强分布变化有关,积分球系统应采用较高的反射率,以保证在整个可见光区域的信噪比。如果采用2π测量方法,球体会有开口,必须考虑平均反射率,更高的涂层反射率有利于补偿平均反射率的下降。
 
4.  光谱仪
 
        机械扫描型或阵列型光谱分析仪都可以使用。由于阵列的多元性质,阵列型光谱分析仪有测量时间
短的优点,关于这一点我们在前面的一期博文《CCD光谱仪在LED检测中的优势》中有详细阐述。
 
5.  标准灯
 
        4π:全方向亮度分布的标准灯;
        2π:正向发射的标准灯,如带反射镜的有适当亮度分布的卤素灯。积分球内部表面的响应度不可
能完全一致,因为灰尘落下的污染以及球体周围接合小缝的缘故,球体下半部分的响应度往往比较低,
如果被测SSL产品具有向下的光强分布而使用全方向标准灯校准测量,光通量就往往略低于标准值,此误差在窄光束产品上更为突出。为确保这个误差不致太大,可以准备不同亮度分布的标准灯以供被测的SSL产品选择。
 
6.  吸收校正
 
        球体系统的响应度由于球体内部灯体本身吸收光线而改变,当被测光源的尺寸和形状与标准光源不
一致时,误差就可能发生。自吸校正很关键,因为被测的SSL产品的物理尺寸和形状通常与标准灯的大小和形状不同。自吸取决于波长,因为球体涂层的光谱反射率是不平坦的。自吸校正系数由下式给出:
 
        当待测SSL产品或标准灯分别安装在球体内部或球壁时,在这种情况下,不运行SSL产品和标准灯,只运行辅助灯。yaux, TEST(λ) 和yaux,REF(λ)是辅助灯的光谱分析仪的读数。
 
分布光度计:
 
1.     类型: 测角光度计所选类型应能在重力作用下保持灯具燃点位置不变,因此只能使用C 类测角光度
计。C类测角光度计包括移动探测器式测角仪和镜转式分布光度计。
 
2.  总光通量的测量原理
通过测量光源的光强分布I(θ,φ),可以得出总光通量:
如果光度探头是经光照度E (θ,φ)校准过,则:
        其中,r 是光度探头基准面的旋转半径。
        测量光强分布需要足够长的测光距离,通常测光距离是有宽角分布的SSL产品直径最大值的五倍以
上。窄角光束需要的测光距离更长。
        如果只是测量总光通量,那么对距离没有严格要求。上式表明,只要能精确测出照度,即使测光距
离(半径r)相对较短,总光通量也可以精确测出,所以特定大小的被测光源需要的测角光度计测量空间较小。在这种情况下,探测器在被测SSL产品的视野之内必须要有余弦校正角度响应。根据上式所给定义,光源的位置相对于旋转中心在理论上是无关的,因此光源的定位对于测量总光通量的影响不大。
 
3.  视角范围
 
        角度扫描的范围必需覆盖SSL产品发射光到达的整个立体角。在测量总光通量时使用分布光度计的
一个缺点是,分布光度计通常会有一些所测光源发射光的角度空间受设备(例如SSL产品支撑杆)阻挡,因此在那个方向上无法进行测量(这类角被称为死角)。对于像许多正向发光的SSL产品及类似装置来说,这一点不难解决。但对于那些能向各个方向发光的SSL产品(例如,类似于CFL的集成LED 灯),这将是一大难题。大死角的分布光度计不适合用于测量这类SSL产品的总光通量。如果死角很小(比如,小于或等于±10°),其它偏差将可能弥补丢失的数据点。
 
4.  偏振
 
        由于反光镜本身具有轻微偏振的特性,所以要注意分布光度计是一个偏振敏感度的检测系统。在测
量发射偏振光的SSL产品总光通量时会导致严重错误。测量这类SSL产品时,可以选择将光度计探头直接安装在旋转臂上,也有一些分布光度计的制造商采用了反射镜镀膜的方法。
     后续的博文中将着重讨论分布光度计。