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摘要：随着科技的不断进步以及半导体照明光源（LED）芯片材料的不断改进，相比传统照明光源，新型节能光源——大功率LED灯具所具有的显著优势，使其在各个领域表现出巨大的应用潜力。本文主要针对性的对大功率LED灯具光强分布的测试方法方面进行了探讨，并详细分析了影响光强分布的一些因素，使在以后的工作中可以更深刻地了解LED灯具光强分布的测试原理和测试仪器的结构及相关的测量方法。
关键词：LED灯具；光强分布；测试方法
一、对于大功率ＬＥＤ灯具及其光强分布的概论
LED 属于结型发光器件的一种,一般由带隙半导体制成的PN结上加以正偏压，再通过注入的方式，依靠半导体结构中的电子的能级迁越产生光子致使发光。 LED表现出的各种光学特性与半导体材料、芯片、外形结构等表现出密不可分的联系。
顾名思义，灯具的光强分布是指灯具发出的光在空间各方向上表现出不同的强弱分布。LED灯具的光强分布作为LED重要的光学性质，可以在不同的方向上对进行测量光强值得到光强分布。大功率LED灯具的光强分布曲线是光学性能测试中一项重要的指标，也是在考虑照明设计时不能忽略的一个光学参数。
二、ＬＥＤ灯具光强分布的测量方法
（一）测大功率LED灯具光强分布曲线时的测量原理
通常我们将灯具的光强空间分布曲线称为配光曲线。在精确测量大功率光源LED灯具的光强分布曲线时，利用距离平方反比定律，其表达式为：
E= r2L/d2 =I/d2
式中E为某一点处的强度值，r—光源的半径，L—光源的亮度， d—光源到测量点之间的距离，I=r2L—光强。可以测出不同的坐标轴上光强值的大小，从而得出LED灯具的光强分布曲线图。
（二）测试器材及测量方法
1.测试器材
通常测量大功率LED灯具的光强分布曲线是分布光度计（亦称为配光曲线仪），分布光度计主要用来对大功率LED光源的配光性能（也就是配光曲线）进行测试，即LED灯具在不同空间方向上的光强大小进行测试，也可以说是光强随旋转角度的分布曲线。而目前采用最多的分光光度计是灯具绕两根相互垂直的轴旋转，分布光度计还有另外两种基本类型: 一种是将灯具围绕一根轴进行旋转; 另一种是灯具完全不动。在测试前，为了保证测量结果准确性，分布光度计仪器应按照国家计量检定进行校正检定。
2.测试装置
在测量大功率LED灯具光强分布曲线时，测试装置主要是由LED灯具光源、电源底座、光度探测单元（主要元件）、带有测试软件的计算机及记录显示系统等组成。其示意图如下：
D—被測LED器件；G—电流源；PD—光度探测器其中包括面积为A的光阑D1；d—被测LED器件与光阑D1之间的距离；θ—Z轴和探测器之间的夹角。
图1 大功率LED灯具光强分布测试装置示意图
3.测量方法
采用光度探测器进行测量光强空间分布曲线是最常见的测量方法，主要分为两种情况：一种是固定光度探测器不动 ,LED光源围绕固定的中心点进行旋转；另一种是将LED光源固定不动,光度探测器围绕LED灯源进行旋转扫描。据文献记载，若想快速测试大功率LED灯具光强值分布，可以采用多个光度探测器同时进行测试，此方法是采用多个而非一个光度探测器多路同步进行测试，测试时间小于0.2s，此方法可以很好的实现大功率LED 光源光强空间分布曲线的快速测试 ,同时还可以获得大功率LED光源光强空间分布的三维立体图，而三维立体图其中的一个剖面图便是二维图形，将具有很好的应用价值。
在进行大功率LED灯具光强分布进行测试时，需要采用合适的方法对LED 标准光度计进行定标。首先将待测的LED光源视为点光源（由于待测的LED光源的尺寸相对于探测器而言非常非常小），再将大功率LED灯具光源安装在装置中的底座上,保持机械轴对准，同时也应注意发光点的中心位置 ,然后将 LED 驱动恒流源、测试装置电源和计算机电源运行 ,打开测试软件, 点亮LED光源。光度探测器同步探测不同方向上LED光源相对发光强度 ,可以获得LED光源的二维方向上的光强分布。再进行多个轴不同方向和不同的测试角度旋转会测试得到三维光强空间分布曲线图。而在实际测量LED灯具光强分布中，可以将垂直转角和俯仰转角的角度间隔分成均匀步距，由此而得到灯具光强分布的测量结果。一般在测试大功率LED灯具的光强分布时需要平行进行3次。
（三）实验结果分析与讨论
1.实验结果
LED光源的配光曲线有两种形式：发光强度的空间分布以及光谱分布。对比图如下所示：
图2 大功率LED灯具的2种光强分布曲线图
另外还测量了大功率LED灯具在二维和三维空间的光强分布：
图3 二维坐标中光强分布曲线对比图4三维坐标中光强分布立体图
2.结果分析
（1）由成品LED 的发光原理可知，LED的光学特性中是受环境温度的影响 ,即环境的温度升高时,发光强度会减小；降低时，发光强度会增大。
（2）实际测量距离与理想距离的测量（探头与LED灯具的光度中心之间的距离）偏离，对测量结果的误差影响很大。
（3）测试过程中采取的测试步距会对 LED灯具光强分布产生一定的影响，步距增大会使LED灯具的光强分布与真值的差值愈来愈大。
（4）相同的测量条件下，测量精度会因灯具配光方式的不同而不同。
（5）偏转角度的变化也会使LED灯具的空间光强分布特性不同。
（6）光探测器灵敏面的大小也会影响LED灯具光强分布。
（7）测试时把 LED光源看作一个点 ,其实是刻意回避LED 光源测试方面的一些技术问题 ,不能很好的反映 LED 半导体照明光源的光学特性。
（8）测试点数会影响LED灯具光强分布测试结果的精度，测试点数的增多会提高灯具光强分布测试结果的精度，也降低了测试效率,因此在测试时应选择合适的测试点数。
三、结语
通过以上对大功率LED灯具光强分布的有关知识进行的详细解析，并对其在测试方法等方面进行了细微探讨。从LED灯具的光学特性中可以分析出影响光强值与真值之间的一些因素，故在实验中应充分考虑并尽量避免影响LED灯具光强值的因素，使其尽量接近真值。
参考文献：
[1]周太明,周详,蔡伟新. 光源原理与设计[ M ].第2版.上海:
复旦大学出版社,2011（09）
[2]任豪,王巧彬,李康业,罗宇强,范力维. LED光源光强空间分布特性的快速测试.光学仪器. 2012，30（6）
关键词：LED灯具；光强分布；测试方法
一、对于大功率ＬＥＤ灯具及其光强分布的概论
LED 属于结型发光器件的一种,一般由带隙半导体制成的PN结上加以正偏压，再通过注入的方式，依靠半导体结构中的电子的能级迁越产生光子致使发光。 LED表现出的各种光学特性与半导体材料、芯片、外形结构等表现出密不可分的联系。
顾名思义，灯具的光强分布是指灯具发出的光在空间各方向上表现出不同的强弱分布。LED灯具的光强分布作为LED重要的光学性质，可以在不同的方向上对进行测量光强值得到光强分布。大功率LED灯具的光强分布曲线是光学性能测试中一项重要的指标，也是在考虑照明设计时不能忽略的一个光学参数。
二、ＬＥＤ灯具光强分布的测量方法
（一）测大功率LED灯具光强分布曲线时的测量原理
通常我们将灯具的光强空间分布曲线称为配光曲线。在精确测量大功率光源LED灯具的光强分布曲线时，利用距离平方反比定律，其表达式为：
E= r2L/d2 =I/d2
式中E为某一点处的强度值，r—光源的半径，L—光源的亮度， d—光源到测量点之间的距离，I=r2L—光强。可以测出不同的坐标轴上光强值的大小，从而得出LED灯具的光强分布曲线图。
（二）测试器材及测量方法
1.测试器材
通常测量大功率LED灯具的光强分布曲线是分布光度计（亦称为配光曲线仪），分布光度计主要用来对大功率LED光源的配光性能（也就是配光曲线）进行测试，即LED灯具在不同空间方向上的光强大小进行测试，也可以说是光强随旋转角度的分布曲线。而目前采用最多的分光光度计是灯具绕两根相互垂直的轴旋转，分布光度计还有另外两种基本类型: 一种是将灯具围绕一根轴进行旋转; 另一种是灯具完全不动。在测试前，为了保证测量结果准确性，分布光度计仪器应按照国家计量检定进行校正检定。
2.测试装置
在测量大功率LED灯具光强分布曲线时，测试装置主要是由LED灯具光源、电源底座、光度探测单元（主要元件）、带有测试软件的计算机及记录显示系统等组成。其示意图如下：
D—被測LED器件；G—电流源；PD—光度探测器其中包括面积为A的光阑D1；d—被测LED器件与光阑D1之间的距离；θ—Z轴和探测器之间的夹角。
图1 大功率LED灯具光强分布测试装置示意图
3.测量方法
采用光度探测器进行测量光强空间分布曲线是最常见的测量方法，主要分为两种情况：一种是固定光度探测器不动 ,LED光源围绕固定的中心点进行旋转；另一种是将LED光源固定不动,光度探测器围绕LED灯源进行旋转扫描。据文献记载，若想快速测试大功率LED灯具光强值分布，可以采用多个光度探测器同时进行测试，此方法是采用多个而非一个光度探测器多路同步进行测试，测试时间小于0.2s，此方法可以很好的实现大功率LED 光源光强空间分布曲线的快速测试 ,同时还可以获得大功率LED光源光强空间分布的三维立体图，而三维立体图其中的一个剖面图便是二维图形，将具有很好的应用价值。
在进行大功率LED灯具光强分布进行测试时，需要采用合适的方法对LED 标准光度计进行定标。首先将待测的LED光源视为点光源（由于待测的LED光源的尺寸相对于探测器而言非常非常小），再将大功率LED灯具光源安装在装置中的底座上,保持机械轴对准，同时也应注意发光点的中心位置 ,然后将 LED 驱动恒流源、测试装置电源和计算机电源运行 ,打开测试软件, 点亮LED光源。光度探测器同步探测不同方向上LED光源相对发光强度 ,可以获得LED光源的二维方向上的光强分布。再进行多个轴不同方向和不同的测试角度旋转会测试得到三维光强空间分布曲线图。而在实际测量LED灯具光强分布中，可以将垂直转角和俯仰转角的角度间隔分成均匀步距，由此而得到灯具光强分布的测量结果。一般在测试大功率LED灯具的光强分布时需要平行进行3次。
（三）实验结果分析与讨论
1.实验结果
LED光源的配光曲线有两种形式：发光强度的空间分布以及光谱分布。对比图如下所示：
图2 大功率LED灯具的2种光强分布曲线图
另外还测量了大功率LED灯具在二维和三维空间的光强分布：
图3 二维坐标中光强分布曲线对比图4三维坐标中光强分布立体图
2.结果分析
（1）由成品LED 的发光原理可知，LED的光学特性中是受环境温度的影响 ,即环境的温度升高时,发光强度会减小；降低时，发光强度会增大。
（2）实际测量距离与理想距离的测量（探头与LED灯具的光度中心之间的距离）偏离，对测量结果的误差影响很大。
（3）测试过程中采取的测试步距会对 LED灯具光强分布产生一定的影响，步距增大会使LED灯具的光强分布与真值的差值愈来愈大。
（4）相同的测量条件下，测量精度会因灯具配光方式的不同而不同。
（5）偏转角度的变化也会使LED灯具的空间光强分布特性不同。
（6）光探测器灵敏面的大小也会影响LED灯具光强分布。
（7）测试时把 LED光源看作一个点 ,其实是刻意回避LED 光源测试方面的一些技术问题 ,不能很好的反映 LED 半导体照明光源的光学特性。
（8）测试点数会影响LED灯具光强分布测试结果的精度，测试点数的增多会提高灯具光强分布测试结果的精度，也降低了测试效率,因此在测试时应选择合适的测试点数。
三、结语
通过以上对大功率LED灯具光强分布的有关知识进行的详细解析，并对其在测试方法等方面进行了细微探讨。从LED灯具的光学特性中可以分析出影响光强值与真值之间的一些因素，故在实验中应充分考虑并尽量避免影响LED灯具光强值的因素，使其尽量接近真值。
参考文献：
[1]周太明,周详,蔡伟新. 光源原理与设计[ M ].第2版.上海:
复旦大学出版社,2011（09）
[2]任豪,王巧彬,李康业,罗宇强,范力维. LED光源光强空间分布特性的快速测试.光学仪器. 2012，30（6）