LED光源有哪些光學(xué)參數(shù)？LED光源光照度怎么計(jì)算？

LED光源有哪些光學(xué)參數(shù)？LED光源有很多的光學(xué)參數(shù)，其中常見的就有視見率、光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度、光照度、光亮度等。其中，光照度是物體表面被照明程度，或物體單位表面上所得到的光通量，單位為lx（勒克斯）。那么，LED光源光照度怎么計(jì)算？本文對(duì)LED光源光學(xué)參數(shù)及LED光源光照度計(jì)算方法做了介紹，對(duì)此感興趣的朋友可以了解一下！

LED光源有哪些光學(xué)參數(shù)？

1.視見率

又稱“光譜光視效率”，表示不同波長(zhǎng)的光對(duì)人眼的視覺靈敏度。能引起人視覺感應(yīng)的可見光波長(zhǎng)在380-780nm之間，實(shí)驗(yàn)表明：正常視力的觀察者，對(duì)波長(zhǎng)5.55×10-7米（555nm）的黃綠色光最敏感，而對(duì)紫外光和紅外光，則無視力感覺。取人眼對(duì)波長(zhǎng)為5.55×10-7米的黃綠光的視見率為1，其他波長(zhǎng)的可見光的視見率均小于1，紅外光和紫外光的視見率為零。某波長(zhǎng)的光的視見率與波長(zhǎng)為5.5×10-7米的黃綠光視見率的比稱為該波長(zhǎng)的相對(duì)視見率。

2.光通量

光通量Φv是表征LED總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。Φv為L(zhǎng)ED向各個(gè)方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加，LED光通量隨之增大。LED的光通量單位為流明（lm）。光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流大小有關(guān)。

3.發(fā)光強(qiáng)度

LED光源在給定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量定義為光源在該方向的發(fā)光強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱光強(qiáng)）Iv，光強(qiáng)的單位是cd（坎德拉），表示為Iv=dΦv/dΩ。它是表征發(fā)光器件發(fā)光強(qiáng)弱的重要性能。

LED大量應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強(qiáng)指向性：位于法向方向光強(qiáng)最大，其與水平面交角為90°。當(dāng)偏離正法向不同θ角度，光強(qiáng)也隨之變化。發(fā)光強(qiáng)度隨著不同封裝形狀而強(qiáng)度依賴角方向。發(fā)光強(qiáng)度的角分布是描述LED發(fā)光在空間各個(gè)方向上光強(qiáng)分布。

4.發(fā)光效率

發(fā)光效率是光通量與電功率之比，單位為lm/W，簡(jiǎn)稱光效。發(fā)光效率表征了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個(gè)重要標(biāo)志。LED的光效與芯片的內(nèi)外量子效率、光提取效率和光譜分布等因素有關(guān)。對(duì)照明光源來說，總是希望光效要高，這樣可以在相同的功耗下得到更多的光通量，可以節(jié)省大量的電能。

5.光照度

光照度是物體表面被照明程度。或物體單位表面上所得到的光通量。即E=Φ/s。通常當(dāng)光源大小比其到被照射面的距離r小很多時(shí)，被照面的照度E和該面與光源間的距離平方成反比，即服從下列定律：E=Icosα/r2。式中I為發(fā)光強(qiáng)度，α為被照面的法線與其中心到光源連線間的夾角。在國(guó)際單位制中，照度單位為勒克斯，簡(jiǎn)稱勒，符號(hào)為lx。

6.光亮度

光亮度表示每單位面積上的發(fā)光強(qiáng)度，即Lv=dIv/dS。亮度的單位為坎德拉每平方米（cd/m2）。上式中的面積，應(yīng)理解為一個(gè)面在觀察方向上的正投影面積。因此，若觀察方向與該面的法線夾角為θ時(shí)，上式將變?yōu)椋篖v=dIv/dScosθ。

所以，光源的光亮度可定義為：在表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，除以該面元在垂至于給定方向的平面上的正投影面積。

由于Iv=dΦv/dΩ，故有Lv=d2Φv/dΩdScosθ，這個(gè)公式是光亮度的較通用的定義式。由該式可知，亮度不僅可用來描述一個(gè)發(fā)光面，而且還可以用來描述光路中的任意一個(gè)截面，如一個(gè)透鏡的有效面積、一個(gè)光闌所截的面積或一個(gè)象的面積等。此外，還可以用亮度來描述一束光，光束的亮度等于這個(gè)光束所包含的光通量除以這束光的橫截面和這束光的立體角。

LED光源光照度的計(jì)算方法：

照度表征的是被照表面單位面積上的光通量。對(duì)于單個(gè)點(diǎn)光源的照度，其基本計(jì)算公式可由下面兩個(gè)照度定律導(dǎo)出，這兩個(gè)定律是照度計(jì)算的基礎(chǔ)。

（1）距離平方反比定律

如上圖所示，點(diǎn)光源S在指向平面N（與入射光線垂直的平面）上P點(diǎn)的方向上光強(qiáng)為Iθ，光源到P點(diǎn)的距離為l，投射到包括P點(diǎn)的指向平面上的面元上的光通量為：

因面元dAn很小，可以把它看成是以點(diǎn)光源為球心的球面積的一部分，所以立體角dω可由下式確定：

根據(jù)照度的定義，光源在指向平面上P點(diǎn)產(chǎn)生的照度En為：

距離平方反比定律說明，點(diǎn)光源在與照射方向垂直的平面上產(chǎn)生的照度與光源至被照面的距離的平方成反比。

（2）余弦定律

如果圖中的P點(diǎn)在水平面H上，則P點(diǎn)的照度為：

式中Iθ——光源在照度計(jì)算點(diǎn)方向的發(fā)光強(qiáng)度；

cosθ——光源至照度計(jì)算點(diǎn)的連線與光源至照度計(jì)算平面的垂線之間夾角的余弦；

l——光源至照度計(jì)算點(diǎn)的距離。

對(duì)于LED照明光源，一般為多個(gè)點(diǎn)光源構(gòu)成。光源的尺寸相比于光源和被照面的距離小于五分之一時(shí)，可認(rèn)為光源為點(diǎn)光源。由于不存在相干的問題，因此當(dāng)有n個(gè)點(diǎn)光源同時(shí)照射到工作面時(shí)，n個(gè)點(diǎn)光源產(chǎn)生的照度等于每一光源分別產(chǎn)生的照度的總和。總照度可用下式表示：

式中I_θn——第n個(gè)光源在照度計(jì)算點(diǎn)方向的發(fā)光強(qiáng)度；

θ_n——第n個(gè)光源至照度計(jì)算點(diǎn)連線與光源至照度計(jì)算平面垂線之間夾角的余弦；

l_n——第n個(gè)光源至照度計(jì)算點(diǎn)的距離。

當(dāng)LED照明光源在被照面上各點(diǎn)產(chǎn)生的照度比較均勻時(shí)，可用平均照度來表征工作面上照明的程度。此時(shí)，照明設(shè)計(jì)可以采用比較簡(jiǎn)單的平均照度計(jì)算法而使得計(jì)算簡(jiǎn)化，即計(jì)算落到工作面上的總光通量除以被照面的面積。

LED光源光照度和光亮度的關(guān)系：

1.LED光源光照度和光亮度的聯(lián)系

亮度和照度都是表示光能光通量的光學(xué)參數(shù)。

照度表示的是光通量的表面密度，即單位受光面上的光通量，而亮度則是單位投影面上的光強(qiáng)。它們之間的關(guān)系如下：

亮度L=I/S（cd/m2）

照度E=F/S（lm/m2）

光強(qiáng)I=F/ω（cd）

所以L=E/ω表示單位立體角內(nèi)的照度

E=Iω/S=IS/Sr2=I/r2表示單位球面積上的光強(qiáng)。

2.LED光源光照度和光亮度的區(qū)別：

通俗地說，亮度是物體表面明亮的程度。對(duì)于發(fā)光體，亮度表明了它表面發(fā)光的本領(lǐng)，主要與它的發(fā)光特性有關(guān)；對(duì)于本身不發(fā)光的物體，它的亮度不僅與照亮它的光源的特性有關(guān)，還與物體自身的表面特性有關(guān)。例如在同樣的光線下，反射率小的黑絲絨亮度低，反射率高的白紙亮度高。照度表明物體表面被光源照明的程度，即單位時(shí)間內(nèi)投射到物體單位表面上光能量的多少。因此亮度與照度的第一個(gè)重要區(qū)別是：亮度與物體自身的表面特性有關(guān)。照度僅由光源的特性（強(qiáng)弱、遠(yuǎn)近、投射角）確定，與被照明物體的表面特性無關(guān)。

亮度與照度的第二個(gè)區(qū)別是方向性。亮度是有方向的量，談?wù)撃滁c(diǎn)的亮度還必須同時(shí)指明測(cè)試或觀察的方向。例如點(diǎn)亮的手電筒從正面看比斜看亮得多，劣質(zhì)的黑板在教室的某些位置會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反光。照度是無方向的量，物體上某處的照度是周圍環(huán)境投射到該處所有光線之和，無論光線從何方射來，只要投射到物體上的光能量相同，對(duì)照度的影響都相同。