《LED照明產品質量控制》

項目名稱：LED照明產品性能檢測

專業名稱：光電技術應用

目錄31245可見光光度學色度學光度測試方法色度測試方法什么是可見光？光是能量存在的一種形式，也是寬廣的電磁波譜的一部分。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、伽馬射線組成了電磁波。可見光在電磁波譜中是很窄的一部分，波長范圍一般被定義為380nm至780nm。光譜(spectrum)：光譜是復色光經過色散系統（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學頻譜。電磁輻射波譜及可見光譜

不同波長的可見光輻射引起不同的顏色感覺，單一波長的光輻射表現為一種顏色，稱為單色光或光譜色。見到單色光的機會不多，一般見到的都是由不同波長的單色光組合成的復色光。一定成分的復色光對應一種確定的顏色。光的特性不同顏色的光就是不同波長的電磁波常用各個顏色LED的峰值波長材料顏色峰值波長(nm)功率效率(%)GaAs:Si紅外95012.0AlGaAs(鋁鎵砷)紅6503.0Ga0.6As0.4P(磷化鎵砷)紅6600.6Ga0.35As0.65P(磷化鎵砷)橙6320.6Ga0.15As0.85P(磷化鎵砷)黃5900.1GaP:N(稼磷氮)綠5700.3SiC(碳化硅)藍4700.02GaN(氮化鎵)藍4650.01LED光譜圖可見光波段范圍：question:380nm~780nm。人眼特征：外界物體反射來的光線，依次經過角膜、瞳孔、晶狀體和玻璃體，并經過晶狀體等的折射，最終落在視網膜上，形成一個物像。視網膜上有對光線敏感的細胞。這些細胞將圖像信息通過視神經傳給大腦的一定區域，人就產生了視覺。人眼特征：在明亮的環境下，錐體細胞起主要作用，它能分辨物體的顏色和細節稱之為錐體視覺又稱明視覺（PhotopicVision)桿體細胞只在黑暗的環境下工作，它更關注物體明暗程度，而不關顏色，我們稱之為暗視覺（ScotopicVision)介于這兩視覺之間的視覺稱之為中間視覺（正常人眼睛明視覺下對黃綠光最靈敏，對紅光和紫光最不靈敏）人眼特征：三種視覺的劃分三基色：輻射度量(radiometry)：從能量角度對輻射進行評估的純物理量，研究波段包括紫外、可見和紅外(0.1nm~0.1cm)光度量(photometry)：通過標準光度觀測者的方法進行評估的物理量，波段一般為380~780nm1.人眼對不同波長的單色光敏感度不同。明視覺下對555nm的綠光最敏感，暗視覺對507nm的黃光最為敏感。2.明視覺光譜光視效率V(λ)：設引起相同視覺的波長為λ的單色光和波長為555nm的單色光的輻射通量分別為Φλ和Φ555，則該單色光的光譜光視效率為：V(λ)=Φ555/Φλ，它是個無量綱的物理量。3.暗視覺光譜光視效率V’(λ)：V’(λ)=Φ507/Φλ4.光譜光視函數(視見函數)：各個波長單色光的光譜光視效率按波長的分布。就是我們常說的V(λ)、V’(λ)曲線。視見函數暗視覺明視覺1942年，國際照明委員會（CIE）定義了人眼的平均敏感度后，光度測量就成了一門新興學科。CIE測定了大量人類樣本的亮適應數據，然后匯編進CIE標準光度函數（明視覺曲線－正常狀態下的色彩感覺；暗視覺曲線－低照度情況下的非彩色感知)視見函數視覺可分為哪幾種：question:明視覺；暗視覺；中間視覺。光度學光通量Φv(luminousflux)1.定義：單位時間內光源向空間發出的、使人產生光感覺的能量2.公式：3.單位：lm（流明）發光強度Iv(luminousIntensity)1.光強定義：光源在指定方向上通過單位立體角內的光通量的多少2.光強公式：Iv=dΦv/dΩ

發光均勻分布:Ｉv=Φv/Ω3.單位：cd（坎德拉）Iw光度學光度學中的量值傳遞SI單位制體系七個基本單位

m、kg、s、K、A、mol、cd22個具有專門名稱的輔助單位，包括光通量單位lm、光照度單位lx坎德拉是發出頻率為540×1012Hz輻射的光源在給定方向的發光強度，該光源在這個方向的輻射強度為1/683（Wsr-1）。照度Ev(illuminance)1.定義：單位被照面積上光通量2.公式：Ev=dΦv/dＡ光通量分布均勻：Ev=Φv/Ａ3.單位：lx(勒克斯)照度流明面積(m2)光度學不同環境下的典型照度亮度Lv(luminance)1.定義：光源在給定方向上單位立體角單位面積內的光通量。2.公式：

3.單位：nit(尼特)或cd/m2(坎德拉/平方米)光度學光效η1.定義:光源發出的總光通量與它所消耗的電功率之比稱為光源的發光效率2.公式:η=Φv/P電3.單位:lm/w光度學常見幾種燈的發光效率白熾燈：8-17lm/W金屬鹵化物燈：45-60lm/W日光燈：30-60lm/W高壓鈉燈：100-150lm/W低壓鈉燈：180-200lm/W白光LED器件：100-200lm/W量符號定義式單位光能QvJ(焦耳)光通量ΦvΦ=dQ/dtlm(流明)照度EvE=dΦ/dAlx發光強度IvI=dΦ/dΩcd亮度LvL=dΦ/(dA·cosΘ·dΩ)cd/m2光度學距離平方反比定律連續光強光源在光接收表面的照度與光源到接收表面的距離的平方成反比。點光源光軸附近發光強度基本均勻的燈距離大于光源發光面的10倍10000cd的光強在10m遠處的照度？余弦修正一定面積上的光強因入射角的不同而變化，實際投影面積隨入射角的增加成比例減少，因此探頭需要進行余弦修正。ΦEIΦ=E·SΦ=I·ΩI=E·L2光通量Φ（lm）光強I（cd）照度E（lx）光度學色度學色品坐標：以數字方式在坐標圖上表示光源發光顏色的量。XYZ系統：色度學CIE1931x-y系統：色度學CIE1960系統：色度學CIE1976u'-v'系統：不同坐標系統之間的轉換

如果一個光源發射光的顏色與某一溫度下的黑體發射光的顏色相同，那么，此時黑體的絕對溫度值就稱為該光源的顏色溫度，簡稱色溫。（光波在不同的能量下，人類眼睛所感受到的顏色的變化）單位：開爾文（Kelvin）色度學色溫：

在某一確定的均勻色度圖中，如果一個光源與某一溫度下的黑體具有最接近的色品，此時黑體的絕對溫度值就稱為光源的相關色溫。（當光源發射光的顏色和黑體不相同時，用相關色溫來描述光的顏色。）單位：開爾文（Kelvin）色度學相關色溫：一個燈的光色可以簡單的以色溫來表示，以發出光色為暖白色的普通白熾燈泡為例，其色溫為2700K，而一般日光燈的色溫為6000K，光的色溫主要可分成三大類：暖白色：＜3300K中間色：3300至5300K冷白色：＞5300K色度學不同相關色溫效果色品圖中的等色溫軌跡色溫圖色溫越高，藍光區所占比重越大。色溫停車場的效果隧道的效果HighPressureSodiumLED自然界的色溫光源中常用的色溫分檔(GB50034):注意:各國的分檔略有差別.分組色表CCT(K)適用場所舉例I暖<3300客房?臥室?病房?酒吧?餐廳II中間3300-5300辦公?教室?閱覽室?診室?機加工?儀表裝配III冷>5300熱加工?高照度場所顯色性

光源對物體顏色呈現的程度稱為顯色性，也就是顏色的逼真程度，通常叫做"顯色指數"。

Ra值為100的光源表示，事物在其燈光下顯示出來的顏色與在標準光源下一致。Ra的來由對LED要特別關注特殊顯色指數中的R9.Ra的計算1)分別計算8塊色板(i)在標準光源r和被計算光源k照明下的色差ΔE:ΔEi=[(u’r,i-u’k,i)2+(v’r,i-v’k,i)2+(w’r,i-w’k,i)2]1/2=[Δu’i2+Δv’i2+Δw’i2]1/2

計算對某個樣品的顯色指數Ri:Ri=100-4.6ΔEi式中,4.6是對標準熒光燈Ra=50時的調整系數.對1-8個樣品的一般顯色指數Ra:Ra=ΣRi/8.室內顯色指數要求LED–TotalWattage=36W金鹵燈

–TotalWattage~158to237W光度測試方法積分球法：儀器設備測量項目不同燃點姿態：測量方法：積分法、分光法、兩者結合。標準燈自吸收優缺點積分球法：光度學中的量值傳遞成熟程度較低的儀器：多種標準器具頻繁定標被測對象與標準器具特性相近；成熟高級的儀器：標準器靠近國家原始基準易實現較高的測量準確度中國的發光強度副基準和工作基準BDQ-1/2BDQ-3BDQ-4/5BDQ-6BDQ-7/8總光通量的基準測量方法：分布光度計：要求角度間隔對于測量結果的影響C間隔γ間隔光通量10128121052987101032142012788205296220103188典型LED路燈：總光通量計算值與角度間隔之間的關系typeBtypeC分布光度計：種類：立式臥式機器人近場分布光譜輻射計雙鏡分布光度計圓周運動反光鏡式分布光度計中心反射鏡式分布光度計分布光譜輻射計使用規定的分布光譜輻射計將高精度光譜輻射計安裝在分布光度計上不得經過鏡子反射等方法，否則會影響測量精度近場分布光度計近場分布光度計分布光度計+成像亮度計測量被測光源在空間各方向上的亮度和亮度分布；光線追蹤的方法測量光強分布（處于應用初期的研究階段）光線追蹤計算各光度參數從亮度分布推導出光線分布計算其他光度參數：光通量、光強、任意平面的照度分布等配光曲線：配光曲線：路燈配光曲線：路燈配光曲線：隧道燈配光曲線：筒燈配光曲線：平板燈配光曲線：球泡燈配光曲線：PAR燈ZEMAX

ZEMAX是美國焦點軟件公司所發展出的光學設計軟件，可做光學組件設計與照明系統的照度分析，也可建立反射，折射，繞射等光學模型，并結合優化，公差等分析功能，是套可以運算Sequential及Non-Sequential的軟件。版本等級有SE：標準版，XE：完整版，EE：專業版（可運算Non-Sequential）。

ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析圖形，對話窗式的參數選擇，方便分析，且可將分析圖形存成圖文件，例如：*.BMP,*.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；優化：表欄式meritfunction參數輸入，對話窗式預設meritfunction參數，方便使用者定義，且多種優化方式供使用者使用；公差分析：表欄式Tolerance參數輸入和對話窗式預設Tolerance參數，方便使用者定義；報表輸出：多種圖形報表輸出，可將結果存成圖文件及文字文件。TRACEPRO

TracePro是一套普遍用于照明系統、光學分析、輻射分析及光度分析的光線仿真軟件。它是第一套以ACISSolidModelingKernel為基本的光學軟件。也是第一套結合真實固體模型、強大光學分析功能、數據轉換能力強及易上手的使用接口的仿真軟件。

TracePro多變化的應用領域包括：照明（Illumination）；導光管（LightPipes）；薄膜光學（TissueOptics）；光機設計（OptomechanicalDesign）；雜散光和激光泵浦。LightTools是一個全新的具有光學精度的交互式叁維實體建模軟件體系，提供最現代化的手段直接描述光學系統中的光源、透鏡、反射鏡、分束器、衍射光學元件、棱鏡、掃描轉鼓、機械結構以及光路。由于LightTools把光學和機械元件集合在統一的體系下處理，并配有“放置”光源、發射光線的非順序面光線追跡的強大功能，使它在系統初步設計、復雜系統設計規劃、光機一體設計、雜光分析、照明系統設計分析、單位各部門間學術交流和數據交換、課題論證或產品推廣等各環節中均可發揮重要的作用，成為人們理想的工具。非順序面光線追跡功能可以直觀地描述在系統中任意表面上或介質中發生的任何光學現象，如折射、反射、全反射、散射、多級衍射、振幅分割、光能損耗、材料吸收等，并根據需要自動實時衍生出多路光路分支。雜光分析、光能計算、鬼像預測等從此變得輕而易舉、一目了然。設計中可能存在的各種潛在問題將被及時發現和預防。LightToolsDIALux是由多家世界著名照明燈具廠商－Philips,BEGA,THORN,ERCO,OSRAM,BJB,Meyer,雷士等所支持研發的專業照明軟件，并且每年更新升級。1.精確的照度計算DIALux為獨立使用的照明軟件，并外掛不同照明廠家的多樣產品，進行照明設計和計算，并輸出完整的報表。DIALux可精確計算出所需的照度，并提供完整的書面報表及3D虛擬實境圖。世界各地照明廠商可藉由DIALux的工作平臺展現完整的資料型錄。輕易地比較不同型式的燈具并呈現其計算值。藉由DIALux之智能型計算程序提供正確及可信度高的資料結果。2.建立場景模型DIALux自帶建模的方法，可以較快的生成室內外空間。DIALux自帶大量的3D家具庫，方便室內照明設計師進行照明計算