LED光度學單位的基礎

LED光度學的根底普及內(nèi)容光是電磁輻射,是電磁波的一種一.光度學的單位度量光的強弱(大小)和方向的一門科學.根本單位:光通量--------發(fā)光體的發(fā)光強度-----發(fā)光體的亮度------發(fā)光體反射體----受照體照明后的反射光照度-----------受照體的四個單位的圖示:1.光通量

光通量:看得見的光輻射功率單位:瓦光通量的單位:流明(lm)眼睛視網(wǎng)膜上的視覺細胞明視覺:錐體細胞>3cd/m2.暗視覺:桿體細胞<0.003cd/m2.兩種視覺細胞的光譜光視效率是不同的.分別是光譜光視效率V(λ)和V’(λ)曲線目前的光通量由V(λ)計算得到的明視覺,中間視覺和暗視覺說明1W功率555nm的黃綠光發(fā)出的光通量是:683lm.說明:對人的眼睛555nm的黃綠光最敏感.其它顏色的光線的敏感度低于555nm的值.有V(λ)曲線.相同的功率(W),不同的光源得到的光通量(Φ)是不同的:400W高壓鈉燈54000lm----138lm/w400W高壓汞燈21600lm-----54lm/w400W金鹵燈38000lm------95lm/w發(fā)光效率就能說明這個問題.

發(fā)光效率(luminousefficiency):

光源發(fā)出的光通量/光源的輸入功率.

發(fā)光效能(luminousefficacy):系統(tǒng)(光源+電器)發(fā)出的光通量/系統(tǒng)的輸入功率.常見光源的光效:白熾燈10-12lm/w鹵鎢燈15-20lm/w熒光燈---鹵磷酸鈣粉50-70lm/w---三基色粉80—104lm/w高壓汞燈54lm/w高壓鈉燈70-120lm/w金鹵燈60-90lm/w陶瓷金鹵燈85-100lm/wLED(白)60-90lm/w2.發(fā)光強度一個電珠,光通量一樣,但裝于手電后效果不同了.還需要發(fā)光強度的概念.

發(fā)光強度I的定義:

單位立體角中的光通量.單位(cd):1cd(坎特拉)=1lm/1sr立體角ω:包圍空間一點的空間角度:常用光強的介紹:探照燈:~106cd一般功率的投光燈:幾萬---幾十萬cd路燈(400W):~5000cd礦燈:1200cd燭光:1cd.LED(白光):XX-XXXmcd(毫cd)從光源光通量Φ球光源亮度L:對直線狀光源,光通量Φ的熒光燈管:光通量Φ與燈管軸向光強Io的關系:

Φ=

∫I(θ)dω=

∫

∫Iosinθsinθdθdφ對直線狀光源:

Φ=π2Io舉例:三基色32W燈管,Φ=3200lm,Io=324.6cd..3.亮度(發(fā)光體)和出光度(反光體)亮度概念的引入:亮度L的定義:

單位投影面積上發(fā)出的光強L=I/S單位：cd/m2.讀作每平方米坎特拉.亮度定義應用之一:兩個發(fā)光體間的投影面積之比.亮度定義的應用之二:

探照燈的出射光強I:I=ρ·L·SS:探照燈反射器的投影面積.亮度定義的應用之三:出光度M與亮度L外表反射的光通量構成了出光度.反射量的多少與反射率有關.出光度M:M=ρ?E出光度和亮度的計算(從照度算亮度)發(fā)光體的亮度舉例:鎢絲燈?HID燈:~106cd/m2.熒光燈:T12:3-4000cd/m2.T8鹵粉:>8000cd/m2.三基色粉:>10000cd/m2.T5:16000cd/m2.CFL:40000cd/m2.

人眼適應的最好亮度:100cd/m2.白云:8000cd/m2.道路:0.5-2.0cd/m2.三基色32W燈管,Φ=3200lm,Io=324.6cd.燈管長1.2m,直徑26mm,平均燈管亮度LIo/1.2m?0.026m=10402cd/m2.我們周圍環(huán)境中看到的發(fā)亮物體的亮度和人眼長期適應的亮度:4.照度E被照面上單位面積S上接受的光通量.E=Φ/S單位:勒克司(lx).即1lx=1lm/1m2.舉例:夏天的太陽下:80000-100000lx滿月下:2lx辦公室:500lx車間一般照明:150-300lx體育場(國際):垂直1200lx居住小區(qū)最正確半柱面照度Esc:3~10lx有多種照度的定義:照度的計算E=I/r2舉例:10000cd的光強在10m遠處的照度?E=10000/10X10=100lx.二.LED的發(fā)光特點及在光度學中的情況1.根本特點從光度學內(nèi)容來說,LED并無不同.僅根據(jù)LED的發(fā)光特點,決定了有以下差異:1)LED的光通量僅射向2π空間;2)LED的光強很小,Φ5的僅mcd數(shù)量級;3)LED的亮度很高,達106cd/m2數(shù)量級;4)LED的發(fā)光情況與熱管理有關。2.LED的光通量僅分布在2π空間(半空間)的問題1)LED的燈具做在芯片中去了2)與傳統(tǒng)燈具的效率比較特別節(jié)能的幾種燈具:(1)下射筒燈(2)線槽燈?櫥柜燈(3)球泡燈3)光通量測量上的問題

積分球測量法:應該使用的測量形式積分球原理到達平衡后,光源光通Φ,積分球上照度E,積分球面積S和外表吸收系數(shù)α有下關系:Φ=(E0+E1+E2+E3…)?S?α即:Φ=E?4πr2?(1-ρ)E=Φ/4πr2?(1-ρ)在點光源時,Φ=4πI0.代入有:E=I0/r2(1-ρ)而第一次照度E0=I0/r2,最后的照度比第一次增大了:1/(1-ρ)倍.在ρ=0.9,1/(1-ρ)=10.看LED在積分球內(nèi)測量的問題1.內(nèi)壁骯上下半球骯臟帶來的問題2.燈具配光形式不同帶來的問題積分球內(nèi)臟的分析:設定半球反射率ρ1,另半球ρ2,最后的Φ有:Φ=(E0+E1+E2+E3…)[S?α1/2+S?α2/2]=E’S(2-ρ1-ρ2)/2E’=2Φ/S(2-ρ1-ρ2)=2?4π?Io/4πr2(2-ρ1-ρ2)=2Io/r2(2-ρ1-ρ2)與原來都是ρ1的相比:E’/E=2Io/(2-ρ1-ρ2)/I0/r2(1-ρ1)=2(1-ρ1)/(2-ρ1-ρ2)假設ρ1=0.98,ρ2=0.95,E’/E=4/7=0.57;假設ρ1=0.98,ρ2=0.90,E’/E=1/3=0.33.影響很大.準確測量需要的形式:考慮球內(nèi)的不均勻性后:1)基準與被測配光?光譜相同2)基準與被測置于球側.LED基準器的說明:

?相同配光,

?相同光譜,

?光強最好在相似的數(shù)量級,

?熱穩(wěn)定性好(Peltier效應,半導體致冷).

半導體致冷(帕而貼效應)的說明3.LED的光強很小一般的LED光強僅幾百mcd,或大功率的也僅幾個cd.100mcd在0.5m測量也僅0.4lx.一般照度計述的范圍:0.01-3X105lx.計量范圍(受標準燈的限制):40-3000lx.需要在小數(shù)值和大數(shù)值之間的線性和準確度.注意!!例如上述照度計在1.5X10-1-3X105lx之間的不確定度Urel=1.4%(K=3).LED太小,所以CIE規(guī)定了測量光強的方法:測量標準條件:光度計有效接受面積:100mm2;直徑11.283mm,近似11.3mm.原因:1)LED太小,配光變化多,必須標準;2)規(guī)定元件的比較條件,利于比較和表述;遠場條件(CIE標準條件A):L=316mm,接受面對LED頂?shù)膹埥?.001sr,相應平面角2o.測得的平均光強符號:ILEDA.近場條件(CIE標準條件B):L=100mm,接受面對LED頂?shù)膹埥?.01sr,相應平面角6.5o.測得的平均光強符號:ILEDB.LED都裝在透鏡內(nèi).看光路:必須規(guī)定接受器的大小和它離接受器的距離.近場和遠場的圖示:聚光光束(光強大):A(遠場)條件;散光光束(光強變小):B