測(cè)量LED總光通量的積分球裝置中光源位置的探討

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第46卷第3期2007年6月復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)JournalofFudanUniversity(NaturalScience)V01．46No．3Jun．2007文章編號(hào)：0427—7104(2007)03—0356—04測(cè)量LED總光通量的積分球裝置中光源位置的探討李文宜，張萬(wàn)路，袁川，劉木清(復(fù)旦大學(xué)光源與照明工程系，上海200433)摘要：LED作為新興光源，與傳統(tǒng)光源相比在自身結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性上很不相同．由于LED本身的自吸收效應(yīng)以及積分球內(nèi)擋屏帶來(lái)的測(cè)量誤差，沿用傳統(tǒng)的積分球光通量測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量LED的光通量誤差較大．應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)積分球裝置內(nèi)光源的位置和擋屏做調(diào)整以減小光通量測(cè)

2、量誤差．由軟件模擬的數(shù)據(jù)和理論推算證明應(yīng)將LED放置在積分球內(nèi)壁且與探測(cè)器探頭在同一平面內(nèi)成90。．關(guān)鍵詞：LED；積分球；光通量；仿真中圖分類(lèi)號(hào)：TB96文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A光源光效的測(cè)試其難點(diǎn)在光通量的測(cè)試．與傳統(tǒng)光源相比，由于LED的特殊性，盡管?chē)?guó)際照明委員會(huì)(CIE)和美國(guó)、加拿大等國(guó)的計(jì)量研究機(jī)構(gòu)都提出了LED光通量的測(cè)試方法，但國(guó)際上至今未有公認(rèn)的能與傳統(tǒng)光源光通量測(cè)試方法相近的簡(jiǎn)易測(cè)試法．現(xiàn)有LED光通量測(cè)試方法存在的問(wèn)題，包括：①采用光電池探測(cè)器無(wú)法對(duì)LED實(shí)現(xiàn)見(jiàn)函數(shù)V(A)在所有光譜點(diǎn)的準(zhǔn)確匹配，特別是現(xiàn)有探測(cè)器在藍(lán)、紅波段誤差較大，造成測(cè)試誤差?1；②沿用傳統(tǒng)光源的光通量測(cè)試方法

3、在積分球內(nèi)放置擋屏等物體，由于測(cè)試LED的積分球一般很小，甚至只有直徑5cm，積分球理論將無(wú)法滿(mǎn)足，從而造成測(cè)試原理性誤差幢1；③如果將標(biāo)準(zhǔn)燈放置在積分球的內(nèi)表面，則向四面八方發(fā)光的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)燈將無(wú)法使用，而采用LED標(biāo)準(zhǔn)燈又存在難以實(shí)現(xiàn)光譜定標(biāo)的問(wèn)題憶J．以上這些問(wèn)題，使LED光通量的測(cè)試尚未有完善且統(tǒng)一的方法，因而也影響了對(duì)LED性能的判別，不利于LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展．本文關(guān)注并討論的主要問(wèn)題是：在測(cè)量LED總光通量的積分球裝置中LED的合理位置，即：LED是否能放置在積分球內(nèi)壁而非球心．1LED總光通量的測(cè)量原理LED總光通量的測(cè)量有絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量?jī)煞N方法[3I．相對(duì)測(cè)量法較之絕對(duì)測(cè)量法簡(jiǎn)

4、單易行，設(shè)備投入少．用于光通量相對(duì)測(cè)量的積分球是一個(gè)空心的完整球殼，球內(nèi)壁均勻噴涂白色漫射層，球壁上開(kāi)一窗口，將待測(cè)光源置于球內(nèi)，光源發(fā)出的光經(jīng)內(nèi)壁反射后射到位于窗口探測(cè)器上，探測(cè)器上所得的信號(hào)正比于光源的光通量Mj(具體見(jiàn)圖1)．用積分球測(cè)量總光通量法中，做如下假定：①積分球內(nèi)壁是均勻的理想漫反射層，遵從朗伯定律；②積分球內(nèi)各點(diǎn)的漫射系數(shù)相等；③積分球內(nèi)壁的白色顏料對(duì)光源發(fā)出的各種波長(zhǎng)光線(xiàn)具有相同的漫射系數(shù)，即球壁的探測(cè)器圖l用積分球測(cè)量LED總光通量示意圖Fig．1LED’Stotalfluxmeasurementwithanintegratingsphere收稿日期：2007—03．28

5、基金項(xiàng)目：國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2006AA03A176)作者簡(jiǎn)介：李文宜(1983一)，女，碩士研究生；通訊聯(lián)系人劉木清教授，碩士生導(dǎo)師萬(wàn)方數(shù)據(jù)第3期李文宜等：測(cè)量LED總光通量的積分球裝置中光源位置的探討357漫射是中性的；④球的直徑各處相同，球內(nèi)除燈泡之外無(wú)其他雜物存在．LED光通量的計(jì)算方法是：在積分球內(nèi)光源位置上點(diǎn)亮標(biāo)準(zhǔn)燈，等標(biāo)準(zhǔn)燈穩(wěn)定工作后記下探測(cè)器信號(hào)值i。，將標(biāo)準(zhǔn)燈替換為待測(cè)LED，待LED穩(wěn)定工作后記下探測(cè)器信號(hào)值i，則LED的總光通量為：西=k÷或，(1)2s其中k為色修正系數(shù)，蛾為標(biāo)準(zhǔn)燈的總光通量．2LED在積分球中的合理位置這里需要著重指出的是：在傳統(tǒng)光源的積分球測(cè)量

6、中，往往將光源置于積分球的中心位置．LED作為新型的光源，其自身具有一定的特殊性：①LED輸出的總光通量隨其自身溫度的升高而迅速降低．工作中的LED必需有良好的散熱才能保證其輸出光通量的穩(wěn)定，而積分球內(nèi)的密閉空間無(wú)法滿(mǎn)足其散熱的需要L5j．②LED體積雖小但其點(diǎn)燈裝置在積分球中引入的光通自吸收不可忽略[6]．若依舊比照傳統(tǒng)光源在積分球中心點(diǎn)燃的測(cè)量模式，LED的上述特性必然給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差．但，若將光源的測(cè)試位置置于積分球內(nèi)壁，以上的種種問(wèn)題便迎刃而解了．以下驗(yàn)證：位于球內(nèi)壁處的光源在光窗處探測(cè)器上產(chǎn)生的照度是否與其總光通量成正比．2．1理論推導(dǎo)驗(yàn)證根據(jù)積分球原理，當(dāng)將光源放置在球內(nèi)的任意位

7、置點(diǎn)燃時(shí)，光窗位置的照度為：E吶+殺。6，㈣其中E為光窗上的照度，單位lx；E，為由光源發(fā)出的光線(xiàn)照射到光窗上產(chǎn)生的直接照度，單位lx；西是光源的總光通量，單位lm；r是積分球半徑，單位m；p為積分球內(nèi)表面的漫射率．在積分球內(nèi)光源和光窗之間引入擋屏，擋去光源直射光窗的光線(xiàn)，則光窗位置的照度為：E=墨47rr·亡1，(3)Z—D。’。這樣，探測(cè)器信號(hào)值就正比于光源的總光通量．由上式可見(jiàn)：由理論推算出