测量LED总光通量的积分球装置中光源位置的探讨

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1、万方数据第46卷第3期2007年6月复旦学报(自然科学版)JournalofFudanUniversity(NaturalScience)V01．46No．3Jun．2007文章编号：0427—7104(2007)03—0356—04测量LED总光通量的积分球装置中光源位置的探讨李文宜，张万路，袁川，刘木清(复旦大学光源与照明工程系，上海200433)摘要：LED作为新兴光源，与传统光源相比在自身结构和发光特性上很不相同．由于LED本身的自吸收效应以及积分球内挡屏带来的测量误差，沿用传统的积分球光通量测量装置来测量LED的光通量误差较大．应对传统积分球装置内光源的位置和挡屏做调整以减小光通量测

2、量误差．由软件模拟的数据和理论推算证明应将LED放置在积分球内壁且与探测器探头在同一平面内成90。．关键词：LED；积分球；光通量；仿真中图分类号：TB96文献标识码：A光源光效的测试其难点在光通量的测试．与传统光源相比，由于LED的特殊性，尽管国际照明委员会(CIE)和美国、加拿大等国的计量研究机构都提出了LED光通量的测试方法，但国际上至今未有公认的能与传统光源光通量测试方法相近的简易测试法．现有LED光通量测试方法存在的问题，包括：①采用光电池探测器无法对LED实现见函数V(A)在所有光谱点的准确匹配，特别是现有探测器在蓝、红波段误差较大，造成测试误差⋯1；②沿用传统光源的光通量测试方法

3、在积分球内放置挡屏等物体，由于测试LED的积分球一般很小，甚至只有直径5cm，积分球理论将无法满足，从而造成测试原理性误差幢1；③如果将标准灯放置在积分球的内表面，则向四面八方发光的常规标准灯将无法使用，而采用LED标准灯又存在难以实现光谱定标的问题忆J．以上这些问题，使LED光通量的测试尚未有完善且统一的方法，因而也影响了对LED性能的判别，不利于LED产业的发展．本文关注并讨论的主要问题是：在测量LED总光通量的积分球装置中LED的合理位置，即：LED是否能放置在积分球内壁而非球心．1LED总光通量的测量原理LED总光通量的测量有绝对测量和相对测量两种方法[3I．相对测量法较之绝对测量法简

4、单易行，设备投入少．用于光通量相对测量的积分球是一个空心的完整球壳，球内壁均匀喷涂白色漫射层，球壁上开一窗口，将待测光源置于球内，光源发出的光经内壁反射后射到位于窗口探测器上，探测器上所得的信号正比于光源的光通量Mj(具体见图1)．用积分球测量总光通量法中，做如下假定：①积分球内壁是均匀的理想漫反射层，遵从朗伯定律；②积分球内各点的漫射系数相等；③积分球内壁的白色颜料对光源发出的各种波长光线具有相同的漫射系数，即球壁的探测器图l用积分球测量LED总光通量示意图Fig．1LED’Stotalfluxmeasurementwithanintegratingsphere收稿日期：2007—03．28

5、基金项目：国家863计划资助项目(2006AA03A176)作者简介：李文宜(1983一)，女，硕士研究生；通讯联系人刘木清教授，硕士生导师万方数据第3期李文宜等：测量LED总光通量的积分球装置中光源位置的探讨357漫射是中性的；④球的直径各处相同，球内除灯泡之外无其他杂物存在．LED光通量的计算方法是：在积分球内光源位置上点亮标准灯，等标准灯稳定工作后记下探测器信号值i。，将标准灯替换为待测LED，待LED稳定工作后记下探测器信号值i，则LED的总光通量为：西=k÷或，(1)2s其中k为色修正系数，蛾为标准灯的总光通量．2LED在积分球中的合理位置这里需要着重指出的是：在传统光源的积分球测量

6、中，往往将光源置于积分球的中心位置．LED作为新型的光源，其自身具有一定的特殊性：①LED输出的总光通量随其自身温度的升高而迅速降低．工作中的LED必需有良好的散热才能保证其输出光通量的稳定，而积分球内的密闭空间无法满足其散热的需要L5j．②LED体积虽小但其点灯装置在积分球中引入的光通自吸收不可忽略[6]．若依旧比照传统光源在积分球中心点燃的测量模式，LED的上述特性必然给测量结果带来误差．但，若将光源的测试位置置于积分球内壁，以上的种种问题便迎刃而解了．以下验证：位于球内壁处的光源在光窗处探测器上产生的照度是否与其总光通量成正比．2．1理论推导验证根据积分球原理，当将光源放置在球内的任意位

7、置点燃时，光窗位置的照度为：E呐+杀。6，㈣其中E为光窗上的照度，单位lx；E，为由光源发出的光线照射到光窗上产生的直接照度，单位lx；西是光源的总光通量，单位lm；r是积分球半径，单位m；p为积分球内表面的漫射率．在积分球内光源和光窗之间引入挡屏，挡去光源直射光窗的光线，则光窗位置的照度为：E=墨47rr·亡1，(3)Z—D。’。这样，探测器信号值就正比于光源的总光通量．由上式可见：由理论推算出