球式光度計(jì)是一種快速有效的 LED產(chǎn)品光通量和光效測(cè)量的裝置，它涉及到 LED產(chǎn)品的光通量測(cè)量、產(chǎn)品檢測(cè)和企業(yè)質(zhì)量控制部門，是目前 LED光通量和光效檢測(cè)的主要設(shè)備。怎樣合理地利用球形光度計(jì)獲得準(zhǔn)確的光通量是人們普遍關(guān)注的問(wèn)題。本論文試圖探討球型光度計(jì)測(cè)量 LED總光通量的技術(shù)要點(diǎn)。
圓球測(cè)光儀原理
球型光度計(jì)是一種用積分球測(cè)量光源總光通量的光度計(jì)，基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。將光源 S放在積分球內(nèi)(普通位置為球中心位置4π度，或球壁附近2π度測(cè)量)，光探頭 D在球壁上貼著探測(cè)孔?？锥次挥谇虮谏?，并放置有散射器。探測(cè)器 D是光度探針，它的輸出電流經(jīng) I/V轉(zhuǎn)換成電壓，后在讀數(shù)儀 R上顯示；若探頭 D為光纖收集面，其采集光后通過(guò)光纖連接光譜輻射計(jì)，根據(jù)測(cè)得的可見(jiàn)光區(qū)域的光譜功率，利用光譜光視效率函數(shù)計(jì)算出總光通量。還有兩種方法結(jié)合使用，即同時(shí)使用光度探頭和光譜輻射計(jì)，用光度探頭測(cè)量其通量，而光譜輻射計(jì)則測(cè)量其光譜功率分布。
1a、球狀光度計(jì)(以光計(jì)探測(cè)系統(tǒng))結(jié)構(gòu)示意圖
1b、球型光度計(jì)(探測(cè)系統(tǒng)為光譜輻射計(jì))結(jié)構(gòu)示意圖
積球?qū)觾?nèi)均采用白色漫反射材料進(jìn)行涂布，材料要求漫反射特性好，無(wú)光譜選擇性。光源 S發(fā)出的總光通量為φ，反射率為ρ，比球半徑為 R?；诜e分球理論，光源S在球壁上產(chǎn)生的照度對(duì)一定的積分球， R和ρ是固定的。因此，上式表示，由于積分球內(nèi)壁的多次漫反射，光源在球內(nèi)壁上各點(diǎn)產(chǎn)生的間接照度值相等，并與光源的總光通量成正比。在圖1中，擋板 B的作用是阻止光源 S直接照射到探測(cè)器 D。如果積分球內(nèi)移除擋板 B，來(lái)自光源的光就會(huì)直接照射到探頭 D上，此時(shí)探針 D位置的照度取決于光源在這個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)度。球體內(nèi)壁各點(diǎn)照度值不相等，且不與光源總光通量成正比。
依據(jù)(1)公式(1)通過(guò)比較燈號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)燈號(hào)之間的光通量，可測(cè)量被測(cè)燈的總光通量。
其中 Rtest是標(biāo)準(zhǔn)燈的光電讀數(shù)， Rstd是標(biāo)準(zhǔn)燈的光電讀數(shù)，φ std是標(biāo)準(zhǔn)燈的總光通量值， C是光通量常數(shù)。
LED特性
發(fā)光二管是新一代節(jié)能光源，具有能、長(zhǎng)壽命、色彩豐富、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍廣等特點(diǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的高新技術(shù)產(chǎn)品。一般來(lái)說(shuō)，與傳統(tǒng)白熾燈相比， LED燈有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）色溫譜差異較大。經(jīng)典的白光 LED是由藍(lán)光激發(fā)黃綠熒光粉，混光得到白色。典型 LED和白熾燈的發(fā)光光譜這一特性使球形光度計(jì)測(cè)量時(shí)，需要對(duì)光譜光視效率函數(shù)進(jìn)行失配修正。
（2）不均勻的空間發(fā)光。單個(gè) LED具有強(qiáng)的指向性，空間發(fā)光強(qiáng)度分布曲線與白熾燈明顯不同。這種特性使得球形光度計(jì)測(cè)量時(shí)需要引入積分球的空間響應(yīng)函數(shù)。
（3）結(jié)點(diǎn)溫度影響較大。因?yàn)?LED的發(fā)光芯片依賴于 PN結(jié)的溫度，所以 LED的光通量受到環(huán)境溫度、散熱條件和預(yù)熱時(shí)間的影響。只需5分鐘左右的白熾燈就能達(dá)到熱平衡，而且對(duì)周圍的溫度不敏感。這種特性使測(cè)量 LED光通量需要充分預(yù)熱，并能維持規(guī)定的點(diǎn)火姿態(tài)和環(huán)境溫度。
LED總光通量測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)
（1）所使用的標(biāo)準(zhǔn)燈量值可靠，檢定或校準(zhǔn)證書在有效期內(nèi)。
我國(guó)目前使用的標(biāo)準(zhǔn)燈是 BDT、 BDP型標(biāo)準(zhǔn)白熾燈，這幾種燈量是穩(wěn)定、可靠的，能地測(cè)量出通量數(shù)值。另外，采用分布溫度標(biāo)準(zhǔn)的高色溫標(biāo)準(zhǔn)光源覆蓋可見(jiàn)光區(qū)域，可以有效地校準(zhǔn)球形光度計(jì)中的輻射光譜。
（2）良好的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和足夠的預(yù)熱時(shí)間，提高 LED的量值重復(fù)性。
因?yàn)?LED容易受到環(huán)境溫度的影響，所以需要有潔凈恒溫的實(shí)驗(yàn)室條件。作者在日常 LED光源測(cè)試中，為達(dá)到熱平衡， LED燈泡等光源的預(yù)熱時(shí)間為5分鐘，以0.5-1小時(shí)為宜。經(jīng)過(guò)選擇，完全老化后 LED光源的重復(fù)性可以達(dá)到0.5%以上。
（3）設(shè)備性能優(yōu)良。
為使實(shí)際所用的積分球接近理想狀態(tài)，在滿足光度探測(cè)靈敏度要求的情況下，積分球直徑應(yīng)盡可能大。積分球內(nèi)涂層材料必須清潔、均勻，反射性滿足 CIE 84-1989 The measurement of luminous flux的要求；內(nèi)部支架和夾具不能在燈上形成遮擋，并且必須噴上漫反射涂層。隔板位置合適，并保證被測(cè)光源不直接照射探測(cè)器的情況下，取面積。光檢測(cè)器性能良好，如果用 V (λ)修正的光度探頭，則f1’必須足夠小(實(shí)驗(yàn)室級(jí))；如果光度檢測(cè)器是輻射光譜儀，其雜散光小，波長(zhǎng)位置誤差小，動(dòng)態(tài)范圍大，線性良好。
（4）光譜視效率函數(shù)的失配修正。
在用光度探針檢測(cè)時(shí)，其實(shí)際響應(yīng)曲線與理想光譜的光視效率函數(shù) V (λ)有差異。另外，積分球內(nèi)部的漫射層和窗口上的毛玻璃對(duì)光譜的反射率并不是理想的平面曲線。上述因素使球形光度計(jì)的響應(yīng)曲線偏離了 V (λ)，帶來(lái)了 V (λ)失配誤差?？筛鶕?jù)以下計(jì)算和不匹配修正測(cè)量誤差來(lái)估計(jì)：
其中Ptest (λ)是被測(cè)光源的相對(duì)光功率分布， P
