1 导言
球形光度计是用丈量LED产品光通量和光效的一种高效快速的设备，触及光通量丈量的计量组织、产品检测中心和企业质控部分，是现在用于LED光通量和光效检测的最主要设备[1]。怎么合理运用球形光度计取得精确的光通量值是测验人员遍及关怀的问题。本文将测验评论球形光度计计量LED总光通量的关键技术关键。
2 球形光度计原理
球形光度计是运用积分球丈量光源总光通量的光度计，根本结构见图1。光源S放在积分球内(常见方位是球中心方位的4π丈量方法，或许球壁邻近的 2π丈量方法)，光探头D在球壁上贴着勘探孔。该孔在球壁上，并放置有漫射器。若探头D是光度探头，其输出电流经I/V转换成电压，终究在读数外表R上显示出来;若探头D是光纤搜集面，其收集光线后经过光纤衔接光谱辐射计，依据测得的可见光区的光谱功率，运用光谱光视效率函数核算出总光通量。也存在两者结合运用的状况，即一起运用光度探头和光谱辐射计，运用光度探头丈量光通量，光谱辐射计丈量光源的光谱功率散布。
图1a. 球形光度计(勘探体系为光照度计)的结构示意图
图1b. 球形光度计(勘探体系为光谱辐射计)的结构示意图
积分球内部是用白色漫反射资料均匀地涂布的，资料要求漫反射特性好，无光谱选择性。设球壁的反射为ρ，比球半径为R，光源S所宣布的总光通量为φ。依据积分球理论，光源S在球壁上发生的反射照度为
关于一个确认的积分球，R和ρ都是固定的。所以上式表明，因为积分球内壁的屡次漫反射效果，光源在球内壁各点构成的直接照度值持平，且正比于光源的总光通量。图1中，挡板B的效果是阻挠光源S直接照耀到探头D。若积分球内去掉挡板B，从光源宣布的光会直接照耀到探头D上，此刻探头D处方位的照度将依赖于光源在此方向上的发光强度。球内壁上各点照度值不持平，将不正比于光源的总光通量。
依据公式(1)咱们能够经过比较被测灯和规范灯之间的光电读数，丈量出被测灯的总光通量为
其间Rtest是被测灯的光电读数，Rstd是规范灯的光电读数，φstd是规范灯的总光通量值，C是光通量常数。
3 LED特色
LED是新一代节能光源，具有高效能、长寿命、颜色丰厚、动态调理规模大等特色，遭到人们的高度重视，也是完成节能减排的一种高科技产品[2]。一般以为，相关于传统的白炽灯，LED灯具有如下特色[3]：
1)色温和光谱差异大。典型的白光LED是经过蓝光激起黄绿荧光粉，混光得到白色。如下图:
图2. 典型LED和白炽灯的发光光谱图
该特色使得球形光度计丈量时需进行光谱光视效率函数失配批改。
2)空间发光不均匀。单个类型LED发光方向性极强，空间发光强度散布曲线显着差异于白炽灯。该特色使得球形光度计丈量时需引进积分球空间呼应函数。
3)受结温度影响大。因为LED发光芯片依赖于PN结温度，因此LED光通量受环境温度、散热条件以及预热时刻的影响。白炽灯只需求5分钟左右及能够挨近热平衡，而且对环境温度不灵敏。该特色使得丈量LED光通量需充沛预热而且坚持规则的点着姿势和环境温度。
4 丈量LED总光通量的关键技术关键
1)运用的规范灯量值牢靠，其检定或校准证书在有用期之内。
现在国内运用的规范灯是BDT、BDP型规范白炽灯，这些类型的规范灯量值安稳牢靠，能够精确地定标光通量读数值。此外，运用高色温的散布温度规范灯光谱掩盖可见光区，能有用定标球形光度计中的辐射光谱仪。
2)杰出的实验室环境以及满意的预热时刻，改进LED的量值重复性。
因为LED易受环境温度影响，故需求洁净的恒温实验室条件。依据笔者日常丈量LED光源的经历，为到达热平衡，LED单管预热时刻为5分钟，LED灯泡等光源则需求0.5 小时至1小时。充沛老化并经选择后的LED光源重复性可已到达0.5%。
3)杰出的设备特性。
为了使实践运用的积分球挨近抱负条件，积分球直径在满意光度探头灵敏度要求的景象下应尽或许地大。积分球内涂层资料应洁净和均匀，反射率满意 CIE 84-1989 The measurement of luminous flux的要求;内部支架和夹具不得对灯构成遮挡，须喷上漫反射涂层且整体表面积尽量小。挡屏方位恰当，并确保被测光源不直接照耀勘探器的条件下，面积取最小值。光度勘探器功能杰出，其若是带V(λ)批改的光度探头，则要求f1’满意小(实验室等级);其若光度勘探器是辐射光谱仪，则要求杂散光小，波长方位差错小，动态规模大，线性杰出。
4)光谱光视效率函数失配批改[4,5]。
当勘探器是光度探头，实践呼应度曲线与抱负光谱光视效率函数V(λ)存在差异。此外，积分球内部漫反射涂层和窗口处的毛玻璃对光谱反射比不是抱负的平整曲线。这些要素使得球形光度计的呼应曲线违背V(λ)，带来V(λ)失配差错。能够经过下列核算估量丈量差错，并进行失配批改：
其间
Ptest(λ) 为被测灯的相对光功率散布，Pstd(λ)为规范灯的相对光谱功率散布，S(λ)是光度丈量体系的相对光谱呼应度，ρ(λ)是积分球内壁的光谱漫反射比，τ(λ)是积分球窗口处的毛玻璃的光谱漫透射比。举例，若用BDP定标某球形光度计，丈量某白色LED灯，批改系数为 1.01;若是丈量蓝色LED，其系数或许有1.10，乃至更高。
5)积分球空间呼应函数批改[4,5]。
当被测LED和规范灯的归一化光强空间散布曲线有显着差异时，需特别留意该批改系数。因为球形光度计的内部涂层不均匀以及内部部件(如挡屏)的存在，光线照在积分球内部球壁上不同区域终究在勘探器上构成的照度值并不持平，即存在不均匀的积分球空间呼应散布函数(Spatial response distribution function，SRDF)：
K(θ，φ) 表明在积分球内球心方位往(θ，φ)投射定量窄光束至球内壁，经屡次漫反射后，勘探器的读数。一般可设定K(0，0)为单位1。
积分球空间呼应散布函数批改系数可写为：
Itest(θ，φ)及Istd(θ，φ)别离表明被测LED和规范灯的归一化光强空间散布曲线。从公式(5)可知，若积分球内部空间呼应显着不均匀(如部分涂层发黄、底部积灰、挡光板面积大等要素)，而且被测LED灯与规范灯的光强空间散布曲线差异显着，则上述批改系数或许比较大。举例，若用 BDP定标某球形光度计，再丈量某LED射灯，批改系数或许高达1.10。
6)自吸收批改[4,5]。
当被测LED和规范灯的外形尺寸相差较大或许状况显着差异时，应核算吸收批改因子。在积分球内恰当方位(一般是球壁上)点着一支发光安稳辅佐灯，并遮挡住其射向窗口和被测灯的直射光。在正常装置光源的方位上放置一支规范灯，勘探器读数为Astd;取下规范灯，相同方位放置被测LED，勘探器读数为Atest，则吸收批改因子核算公式为：
7)运用LED量值传递参阅灯，躲避上述批改，使得丈量进程简略牢靠[6]。
假如被测灯和规范灯在总光通量、归一化光强空间散布曲线、发光光谱等参量上互相挨近，那么上述三个批改系数均挨近1，能够疏忽。主张考虑选用系列量值安稳的LED传递规范灯，直接使用公式(2)核算光通量值。
5 小结
一般状况下，若球型光度计满意上述提及的硬件要求、操作员能坚持积分球的洁净以及留意被测灯和规范灯(或LED量值传递参阅灯)光学特性挨近的状况下，所丈量的LED灯的总光通量成果差错是彻底可控的。被测灯和规范灯(或LED量值传递参阅灯)的光谱、光强空间散布或许外形差异大时，需进行相应的批改，以削减丈量不确认度。
