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LED和LED灯具全空间分布光度测量技术
发布时间:2018-07-11 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]摘要：LED这一新兴光源在光学特性、灯具设计和照明应用等方面与传统光源有很大的差别，远距离下测得的空间光强分布不足以完全表征LED或LED灯具的空间光度特性，这给LED和LED灯具开发和应用带来了挑战。随着近年来测光技术的长足发展，光源和灯具的全空间分布光度测量成为可能，它能为LED和LED灯具提供空间各方向的亮度分布、光强分布和全空间任意截面的照度分布等详尽的空间光度量。
1. LED和LED灯具的特点随着半导体照明的进一步快速和深入发展，LED在道路照明功率电感、室内照明、汽车灯、手提灯具等多个领域等到了越来越广泛的应用，而同时，业界对LED灯具的二次销售电感器光学设计以及利用LED灯具的空间光度数据进行照明设计的要求也越来越高。
就单颗封装LED而言，由于透镜作用不能将其简电感器厂家单地视作点光源[1]，LED灯具通常由多颗LED组成，LED灯具一般具有复杂的几何外形和出光面;在距离灯具较远处和较近处的光分布会存在明显的差别，并且某些部位还会由于亮度高而产生严重的眩光。上述很多LED和LED灯具的空间光分布特点是传统的光强分布所不能表征的。
2. 全空间分布光度学概述
为了完全表征上述LED和LED灯具的空间光分布特性，需要使用全空间光度学为真实的光源建立模型。在全空间分布光度学中，用户能够了解光源或灯具的光从哪里出来，射向哪个方向，各光线的通量是多少，在空间任意距离下任一截面内的照度分布，以及从不同方向观察光源或灯具的亮度分布，如图1所示。
典型大功率LED
该大功率LED的光线分布
用该LED设计成小LED灯具
图1：全空间分布光度参量示意图
3. 全空间分布光度的测量方法
全空间分布光度的测量包括近场测量、远距离测量以及软件的校准和推导计算。远距离测量与传统方法相似，在距光源或灯具较远处一体电感器测量其照度和光强值。近场分布光度计是全空间分布光度测量的关键，近场分布光度计由分布光度计和具有2维CCD阵列的成像亮度计组成，成像亮度计能够通过一次取样测得光源或灯具在某一方向的发光平面内各点的亮度值。
3.1 亮度分布
如图2所示，在旋转轴驱动下，近场分布光度计中的成像亮度计绕被测光源转动，在包围被测光源的球面上测量被测光源在各方向的亮度分布。通过亮度分布可以直观地得到LED和LED灯具在给定角度下的亮度分布，并进而可以得到该角度下的发光面面积、最大亮度和平均亮度等信息。该方法能够方便准确地测量出LED路灯闪亮面积。
成像亮度计在包围球面上测量亮度分布
LED路灯的76°方向亮度(闪亮面积)
图2：近场分布光度计的亮度分布测量
3.2 光线分布
根据亮度分布推导出光线分布，通过软件生成数百万条光线，每根光线都包括起点位置、方向向量和通量[2]。
亮度分布测量示意图
将像元变换到C坐标系
D坐标系和S坐标系
图3：近场差模电感光度计光线分布计算的坐标系
由亮度分布推导光线分布需要进行大量复杂的运算，一般包括以下主要步骤：
1)将(i,j)像元变换为以包围球面上的点为原点的C坐标系;
2)将C坐标下的亮度用立体角面元和包围球面面元加权，求得在各包围球面面元在立体角元的通量
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