LED和LED灯具全空间分布光度测量技术

　　3.3光强分布

　　光强是将被测光源视作点光源，考察其在空间给定方向的立体角元内的光通量。为将LED和LED灯具视作点光源，理想的测量或计算的光强距离应为无穷远。全空间分布光度计可与传统光强测量方法相同，利用长距离的光度探头测量照度，并通过距离平方反比定律近似计算出远场光强：，d为测量距离。但对一些出光面大、光束窄、出光较为复杂的LED灯具，光强值会因为d不够大而存在较大误差，如图4所示，当测量距离d不够时，探测器接收到的光线的方向会与光强的方向不一致。

测量距离不够大时的光线接收方向

测量距离足够大时的光线接收方向

图4：光强测量中探测器接收的光线示意图

　在全空间分布光度计中，还可以使用光线追踪的方法计算出远场强分布：利用已知的光线分布，将光线追踪到无穷远处，此时被测LED或LED灯具可被视作点光源，仅需考虑所有方向位于立体角元内的光线，如图4所示，计算表达式为：

　　(2)

　　其中，为光强方向，为该方向的立体角元。

　　3.4 空间照度分布

　　照度是指单位面积上的光通量，即。在传统的光度学中一般是根据由分布光度计所测得的灯具的空间光强分布即配光曲线，通过照度平方反比定律，来计算各个距离下的照度分布、平面等照度曲线、空间等照度曲线等空间照度分布特性的。如图5所示，对于点光源，这种方法是合适的;但是对于LED和LED灯具，至少由于以下两点会存在较大误差：

　　首先，发光面较大、出光面复杂的LED或LED灯具射入某一面元的光线方向与LED或LED灯具中心点到该面元的方向即光强计算方向存在很大差异，因此实际射入该面元的各光线光通量之和与通过光强计算出的光通量相应存在很大差异;

　　其次，如图5所示，受单颗LED光束角的限制，左侧LED的光线是不能到达面元dA和dA’的，而远场光强分布仅表征整体配光效果，却不能反映出这些细节。

点光源照射到不同距离下的面元的光线

典型LED灯具照射到在不同距离下的面元的光线

图5：照度到任一面元内的光线

　　在全空间分布光度学中，通过光线追踪的方法求得落在空间任一面元的光线光通量，即任一截面的照度，而无论该截面在何位置，是否为曲面。

　　通过光线追踪法，设计师能够了解LED和LED灯具的空间光分布细节，全面掌握LED和LED灯具的光度特性，从而能更为科学合理地进行LED灯具设计和照明设计。全空间分布光度学给灯具开发和照明设计带来的影响是具有革命性的。

　　3.5 总光通量的精确测量

　　全空间分布光度计若在近场配置了余弦性能优良的精密光度探头，则利用该光度探头使用基准级方法，即照度积分法测量的总光通量[3]：测量包围LED或LED灯具的球面各面元照度，对面积积分求得总光通量，表达式为，E为面元dA处的照度。LED和LED灯具总光通量以及部分光通量也可以利用光线分布计算出来。

　　3.6 全空间分布光度的校准

　　全空间分布光度测量包括近场测量和远距离测量。对光源的近场亮度分布测量能够推导出光线分布、远场光强分布以及任意距离下的照度分布等光源空间光分布的细节，但现有成像亮度计在V(λ)光谱匹配和线性等方面的性能不如高精度光度探头，其测量值的绝对值精度可以通过近场光度计校准而达到很高水平。同时，在全空间分布光度测量中，用远距离测得的被测光源的照度值/光强值来校准用光线追踪方法推导出的相应量值。近场测量和远距离测量相结合能够得到精确、详尽的LED和LED灯具的空间光分布特性量值。