球式光度計(jì)是一種快速有效的 LED產(chǎn)品光通量和光效測量的裝置，它涉及到 LED產(chǎn)品的光通量測量、產(chǎn)品檢測和企業(yè)質(zhì)量控制部門，是目前 LED光通量和光效檢測的主要設(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)注的問題。本論文試圖探討球型光度計(jì)測量 LED總光通量的技術(shù)要點(diǎn)。
圓球測光儀原理
球型光度計(jì)是一種用積分球測量光源總光通量的光度計(jì)，基本結(jié)構(gòu)見圖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度測量)，光探頭 D在球壁上貼著探測孔。孔洞位于球壁上，并放置有散射器。探測器 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，其采集光后通過光纖連接光譜輻射計(jì)，根據(jù)測得的可見光區(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，即同時使用光度探頭和光譜輻射計(jì)，用光度探頭測量其通量，而光譜輻射計(jì)則測量其光譜功率分布。
1a、球狀光度計(jì)(以光計(jì)探測系統(tǒng))結(jié)構(gòu)示意圖
1b、球型光度計(jì)(探測系統(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。基于積分球理論，光源S在球壁上產(chǎn)生的照度對一定的積分球， 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直接照射到探測器 D。如果積分球內(nèi)移除擋板 B，來自光源的光就會直接照射到探頭 D上，此時探針 D位置的照度取決于光源在這個方向上的發(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)通過比較燈號與標(biāo)準(zhǔn)燈號之間的光通量，可測量被測燈的總光通量。
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、長壽命、色彩豐富、動態(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。一般來說，與傳統(tǒng)白熾燈相比， LED燈有以下幾個特點(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)測量時，需要對光譜光視效率函數(shù)進(jìn)行失配修正。
（2）不均勻的空間發(fā)光。單個 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)測量時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，而且對周圍的溫度不敏感。這種特性使測量 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光源測試中，為達(dá)到熱平衡， LED燈泡等光源的預(yù)熱時間為5分鐘，以0.5-1小時為宜。經(jīng)過選擇，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，并保證被測光源不直接照射探測器的情況下，取面積。光檢測器性能良好，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)；如果光度檢測器是輻射光譜儀，其雜散光小，波長位置誤差小，動態(tài)范圍大，線性良好。
（4）光譜視效率函數(shù)的失配修正。
在用光度探針檢測時，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)，帶來了 V (λ)失配誤差。可根據(jù)以下計(jì)算和不匹配修正測量誤差來估計(jì)：
其中Ptest (λ)是被測光源的相對光功率分布， P
