LED和LED燈具全空間分布光度測量技術(shù)

　　3.3光強分布

　　光強是將被測光源視作點(diǎn)光源，考察其在空間給定方向的立體角元內的光通量。為將LED和LED燈具視作點(diǎn)光源，理想的測量或計算的光強距離應為無(wú)窮遠。全空間分布光度計可與傳統光強測量方法相同，利用長(cháng)距離的光度探頭測量照度，并通過(guò)距離平方反比定律近似計算出遠場(chǎng)光強：，d為測量距離。但對一些出光面大、光束窄、出光較為復雜的LED燈具，光強值會(huì )因為d不夠大而存在較大誤差，如圖4所示，當測量距離d不夠時(shí)，探測器接收到的光線(xiàn)的方向會(huì )與光強的方向不一致。

測量距離不夠大時(shí)的光線(xiàn)接收方向

測量距離足夠大時(shí)的光線(xiàn)接收方向

圖4：光強測量中探測器接收的光線(xiàn)示意圖

　在全空間分布光度計中，還可以使用光線(xiàn)追蹤的方法計算出遠場(chǎng)強分布：利用已知的光線(xiàn)分布，將光線(xiàn)追蹤到無(wú)窮遠處，此時(shí)被測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的光線(xiàn)，如圖4所示，計算表達式為：

　　(2)

　　其中，為光強方向，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。在傳統的光度學(xué)中一般是根據由分布光度計所測得的燈具的空間光強分布即配光曲線(xiàn)，通過(guò)照度平方反比定律，來(lái)計算各個(gè)距離下的照度分布、平面等照度曲線(xiàn)、空間等照度曲線(xiàn)等空間照度分布特性的。如圖5所示，對于點(diǎn)光源，這種方法是合適的;但是對于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、出光面復雜的LED或LED燈具射入某一面元的光線(xiàn)方向與LED或LED燈具中心點(diǎn)到該面元的方向即光強計算方向存在很大差異，因此實(shí)際射入該面元的各光線(xiàn)光通量之和與通過(guò)光強計算出的光通量相應存在很大差異;

　　其次，如圖5所示，受單顆LED光束角的限制，左側LED的光線(xiàn)是不能到達面元dA和dA’的，而遠場(chǎng)光強分布僅表征整體配光效果，卻不能反映出這些細節。

點(diǎn)光源照射到不同距離下的面元的光線(xiàn)

典型LED燈具照射到在不同距離下的面元的光線(xiàn)

圖5：照度到任一面元內的光線(xiàn)

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

　　通過(guò)光線(xiàn)追蹤法，設計師能夠了解LED和LED燈具的空間光分布細節，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燈具設計和照明設計。全空間分布光度學(xué)給燈具開(kāi)發(fā)和照明設計帶來(lái)的影響是具有革命性的。

　　3.5 總光通量的精確測量

　　全空間分布光度計若在近場(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級方法，即照度積分法測量的總光通量[3]：測量包圍LED或LED燈具的球面各面元照度，對面積積分求得總光通量，表達式為，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(xiàn)分布計算出來(lái)。

　　3.6 全空間分布光度的校準

　　全空間分布光度測量包括近場(chǎng)測量和遠距離測量。對光源的近場(chǎng)亮度分布測量能夠推導出光線(xiàn)分布、遠場(chǎng)光強分布以及任意距離下的照度分布等光源空間光分布的細節，但現有成像亮度計在V(λ)光譜匹配和線(xiàn)性等方面的性能不如高精度光度探頭，其測量值的絕對值精度可以通過(guò)近場(chǎng)光度計校準而達到很高水平。同時(shí)，在全空間分布光度測量中，用遠距離測得的被測光源的照度值/光強值來(lái)校準用光線(xiàn)追蹤方法推導出的相應量值。近場(chǎng)測量和遠距離測量相結合能夠得到精確、詳盡的LED和LED燈具的空間光分布特性量值。