光辐射测量原理与技术——光通量及亮度的测量

LED 辐射通量测量技术的研究刘慧1赵伟强1刘建2赵海粟11. 中国计量科学研究院2. 北京师范大学liuhui@1.概述国内外半导体照明呈井喷式飞速发展，随着LED制造工艺的成熟，其输出光效不断提高, 已经达到了120lm/W 以上，被广泛用于照明、信号指示和显示设备中。

LED产业目前还处于初级发展阶段，由于缺少可靠的计量标准、正确的评价方法，市场上LED产品质量良莠不齐，市场秩序较为混乱，严重影响了用户信心。

根据美国能源部(DOE)的前几轮商用LED产品评估和报告(CALiPER),美国LED产品光辐射性能标称值都与实际值严重不符，大部分都有较大的偏差，甚至有标称超出了实际值的3-4倍，通过近几年的标准体系的建立，情况虽已大为改善，但问题还依然存在。

生产和使用者需要准确测量LED的各种光学参数，尤其是辐射通量更能完整地描述LED的特性。

辐射通量（即辐射功率）是辐射源的重要的基本技术指标，也是评价一个辐射源优劣的主要标志之一。

光谱辐射强度能描述光源在不同的空间方向的颜色特性，这对于光源的应用，以及灯具的设计具有重要意义。

辐射通量能准确评价光源的能量转换效率，尤其对辐射通量随光谱变化剧烈的光源如LED光源。

由于LED 的准单色性，对于LED特性的评价过程中，采用光通量进行评价，测量结果的一致性差，对于蓝色和红色LED的质量控制过程中采用辐射通量更方便准确。

目前普遍使用的积分球和光谱辐射测量系统的组合进行光通量和色度参数的同时测量，需要用光谱辐射通量标准灯对测量系统准确定标。

因此开展光源的辐射通量的测试技术的研究，建立测量标准装置，复现辐射通量单位的量值，对促进我国LED产业的健康发展，具有十分重要的意义。

2.原理方法辐射通量（radiant flux）或辐射功率（radiant power）是指辐射源以辐射Φ，Φ或者P；单位为W。

的形式向空间发射、传输或接收的功率，该量的符号为e总辐射通量的测量方法有有两种: ( 1) 绝对法; ( 2) 相对法。

第一章、测量术语、基本量和单位 §１-１辐射度学中的量和单位辐射能：Ｑe(Radiant energy)1、定义：以辐射的形式发射、传播或接受的能量。

2、单位：焦耳（Ｊ） 辐射通量：Φe(Radiant flux) 1、又称:辐射功率 Pe （Radiant power2、定义:以辐射的形式发射、传播或接受的功率。

3、定义式:均匀辐射: 4、单位:瓦特(Ｗ)或焦耳/秒(J/S ） １Ｗ=1J/S辐射强度:Ie(Radiant intensity) １、立体角:（Ω）①定义：设在圆球表面切出一个小圆的面积S 与圆球半径r 平方之比 ②定义式:Ω=S/r 2③单位:球面度(Ｓr)④整个球面度为:Ω=S/r 2=4Л 半个球面度为:Ω=S/r 2=2Л２、辐射强度：①、定义:在给定方向上的立体角元内，离开点辐射源（或辐射面元）的辐射通量除以该立体角．②、定义式: e e d dtφφ=ee tφφ=e I ed d φ=Ω均匀辐射:③、单位:瓦/球面度（W/Sr ）④、均匀点辐射源（各向同性）I e 不随方向变而变，故整个球面的辐射通量为：Φe ＝I e Ω＝4ЛI e •辐射出射度:Me(Radiant exitance)1.定义:辐射体单位元表面所辐射的通量2.定义式: 均匀辐射:3.单位:w/m 2辐射照度:Ee(Irradiance)１.定义:被辐射的单位元表面里入射或获得的辐射通量 ２.定义式: 均匀辐射: ３.单位:w/m 2•辐射出射度与辐射照度的区别：辐射出射度与辐射照度的表达式和单位完全相同． 区别在于:M e 描写面辐射源向外发射的辐射特性(a) E e 描写辐射接受面所接受的辐射特性(b)•辐射亮度:Ｌe (Radiance)e I eφ=ΩeM ed dAφ=e M eAφ=e E ed dA φ=e E eAφ=1.定义:沿r 方向的辐射强度I e 与面元dA(在垂直于r 方向平面正投影面积dA)的比值称为dA 沿r 方向的辐射亮度2.定义式: 3.单位:w/(m 2·Sr)•光谱密集度：１.定义：包含该波长的无穷小波长间隔内的辐射 通量与相应波长间隔之商称为光谱密集度． ２.公式： 注:X e λ代表任何一个辐射量eg:光谱辐射通量为:指的是单位波长间隔内向外辐射通量的多少§１-２人眼视觉•眼睛的特性：锥体细胞的感光灵敏度低，在３cd/m 2的亮度条件下作用，能分辨物体的颜色和细节称之为锥体视觉又称明视觉 （Ｐhotopic Vision)杆体细胞只能在黑暗的环境下（L=10-2 cd/m 2以下)作用，称之为暗视觉（Scotopic Vision)介于这两视觉之间的视觉称之为中间视觉（正常人眼睛对黄绿光最灵敏，对红光和紫光最不灵敏）•光谱光视函数曲线:1.光谱光视效率V (λ):设引起相同视觉的波长和波长为555nm 的辐射通量分别为Φλ和Φ555则视觉函为:V (λ)=Φ555/Φλ是个无量纲的物理量cos cos e e eedI dI d L dA dS dA d φθθ===⋅⋅⋅Ω()ex e dX d λλλ=()e e d d λλφφλ=２.物理意义:V (λ)反映人眼对各种不同波长光的视觉灵度．将555nm 所对应的黄绿光波长的光谱光视效率值定为１，为最大值；红光和紫光的光谱光视效率值最小；红外和紫外光的光谱光视效率值为０． ３.由图看出：明视觉条件下V (λ)所对应的峰值波长为555nm ， 暗视觉条件下V (λ)所对应的峰值波长为507nm.•光度量与辐射量的关系:研究表明：明视觉条件： 暗视觉条件：K m ：最大光谱光效能（单位：lm/w)即发光效率的极限值 明视觉条件：K m =683lm/w 暗视觉条件：K m ′=1700lm/w 故光通量与辐射通量的关系：或§１-３光度学中的量及单位暗视觉明视觉780V ()()380X m e K X V d λλλ=⎰780''V ()()380X m e K X V d λλλ=⎰780V ()()380683e V d λλφφλ=⎰780'V ()()3801700e V d λλφφλ=⎰光度学中以光强的单位“坎德拉”作为基本单位，其他光度量的单位作为导出单位．•光通量Φv(luminous flux)1.定义：光源在单位时间内发出的光量2.公式：Φv=dQv/dt3.单位：lm （流明）• 光强I v(luminous Intensity)1.坎德拉(cd)的最新规定：即一个烛光是光源发出频率为 540×1012Hz 的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683w/Sr 时，其光强为１坎（cd)2.光强定义:光源在指定方向上通过单位立体角的光通量3.光强公式:Ｉ=d Φ/d Ω 发光均匀分布:Ｉ=Φ/Ω4.单位:cd （坎德拉）•光出射度M V(Lminous exitance)1.定义：面光源单位元表面所发射的光通量2.公式：M v =d Φv/d Ａ发光均匀：M v =Φv/Ａ3.单位：lm/m 2（流明/平方米）•光照度E v(illuminance)1.定义:被照物体表面，单位元表面里入射或获得的光通量2.公式：E v =d Φv/d Ａ 光通量分布均匀：E=Φ/Ａ3.单位:lx （勒克斯)•光亮度L v(luminance)1.定义:面光源在给定方向上，单位正投影面积的发光强度2.公式:光通量分布均匀：3.单位:Sb(熙提)或nt(尼特)或cd/m 2(坎德拉/平方米)•光效η1.定义:面光源发出的总光通量与它所消耗的电功率之比称为光源的发光效率2.公式:η=Φ/P 电3.单位:lm/w4.对于白炽灯:直流供电气体放电灯：P 电=U 灯I 灯 交流供电气体放电灯：P 电=U 灯I 灯·cos φ5.常见几种灯的发光效率： 白炽灯：8-17lm/w 金属卤化物灯：45-60lm/w 日光灯：30-60lm/w 高压钠灯：100-150lm/w 低压钠灯：180-200lm/w§1-4光源的颜色与色温•光源的颜色：（色表和显色性）１.光源的色表:光源发光时，人眼直接看光源时光源所呈现的颜色2.光源的显色性:某光源与标准光源分别照射同一物体时,人眼所产生的颜色类别用显色指数来定量描述cos cos dI dI d L dA dS dA d φθθ===⋅⋅⋅Ωcos cos I I EL A S A φθθ====⋅⋅⋅ΩΩ几种灯的颜色特性： 1.高压汞灯:色表↑，显色性↓ 2.白炽灯:色表↓，显色性↑3.钠灯:色表和显色性↓故被照物体颜色会失真➢ 讨论:为何高压汞灯和钠灯照射物体会失真？ ①了解钠灯和高压汞灯的辐射光谱线 ②了解钠灯和高压汞灯的色表和显色性 ③颜色的决定因数➢ 结论:自身发光的物体颜色由光谱功率分布决定。

亮度测试原理
亮度测试是一种常见的测试方法，它用于检测光源的亮度或显示屏的亮度，是
评价光源或显示屏性能的重要指标之一。

亮度测试原理涉及到光学、物理学和电子学等多个领域的知识，下面将对亮度测试原理进行详细介绍。

首先，亮度测试的基本原理是利用光度计或光度计来测量光源的亮度。

光度计
是一种用于测量光强度的仪器，它可以测量不同波长范围内的光强度，从而得到光源的亮度值。

在进行亮度测试时，首先需要将光度计放置在需要测试的位置，然后通过光度计的测量功能来获取光源的亮度数值。

其次，亮度测试原理还涉及到光源的辐射特性。

光源的辐射特性是指光源在不
同波长范围内的辐射能力，通常用辐射功率谱来描述。

在进行亮度测试时，需要考虑光源的辐射特性，选择合适的光度计来测量光源的亮度，以确保测试结果的准确性。

另外，亮度测试原理还与显示屏的亮度调节有关。

显示屏的亮度调节是通过控
制背光源的亮度来实现的，通常采用PWM调光或电压调光的方式。

在进行亮度测
试时，需要考虑显示屏的亮度调节方式，选择合适的测试方法来测量显示屏的亮度，以确保测试结果的准确性。

总之，亮度测试原理涉及到光度计的测量原理、光源的辐射特性和显示屏的亮
度调节原理等多个方面的知识。

只有在深入理解这些知识的基础上，才能准确、有效地进行亮度测试，并得到可靠的测试结果。

希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解亮度测试原理，提高亮度测试的准确性和可靠性。

光通量测量方法光通量是衡量光源辐射能量总量的物理量，是评估光源照明效果的重要指标。

准确测量光通量对于研究光源的性能、评估光源的亮度和效果至关重要。

在照明工程和光学领域中，有许多方法可以用来测量光通量，其中常用的方法包括热辐射法、比较法和积分球法等。

热辐射法是一种常见的测量光通量的方法，其原理是通过将光源辐射的能量转换成热量，并测量产生的热量来间接测量光通量。

这种方法适用于大功率光源的测量，如强光灯和激光器。

然而，热辐射法测量的不准确性较高，需要考虑很多因素，如热辐射的损失、灰度校正等因素。

比较法是一种常用的光通量测量方法，其原理是将待测光源与一个标准光源进行比较，通过测量两者的光强或亮度差来确定光通量。

这种方法可以消除许多误差，提高测量的准确性。

比较法需要一个标准光源，例如标准白炽灯或标准荧光灯，以及相应的测量设备。

通过比较法可以获得相对准确的光通量结果。

积分球法是一种基于球形反射的光通量测量方法。

该方法利用一个球形反射器来收集光源辐射的能量，并通过测量球体内的光强来计算光通量。

积分球法适用于各种类型的光源测量，对于复杂的光源，如LED灯、荧光灯等，积分球法能够提供较为准确的测量结果。

该方法需要一个球形反射器和一个光强测量仪器，可以通过校正系数来提高测量的准确性。

除了上述提到的方法，还有一些其他的光通量测量方法，如色散法、相干积分法等。

色散法利用光的色散特性来测量光通量，通过分析光源在不同波长下的光谱分布来计算光通量。

相干积分法是利用干涉原理来测量光通量的一种方法，通过测量干涉光的强度和相位来计算光通量。

综上所述，光通量测量方法有多种选择，不同的方法适用于不同类型的光源和不同的测量要求。

选择恰当的测量方法，合理使用测量设备，可以提高光通量的测量准确性。

光通量的准确测量对于研究光源的性能、评估光源的亮度和效果具有重要意义。

辐射照度计原理辐射照度计是一种用于测量辐射照射强度的仪器。

它广泛应用于环境监测、工业安全、医学诊断等领域。

辐射照度计的原理是基于光电效应和能量守恒原理。

辐射照度计主要由以下几个部分组成：光电传感器、光电转换电路、信号处理电路和显示装置。

光电传感器是辐射照度计的核心部件，它能将光能转化为电信号。

光电传感器通常采用硅光电二极管或硒光电池。

当光照射到光电传感器上时，光能会激发光电二极管或硒光电池中的电子，使其获得能量并跃迁到导带中，产生电流。

光照强度越大，光电二极管或硒光电池中的电流就越大。

光电转换电路用于将光电传感器输出的微弱电流信号放大，并转换为标准电压或电流信号。

光电转换电路通常由运放、电阻、电容等元件组成。

运放起到放大信号的作用，使得微弱的光电传感器输出信号能够被进一步处理。

电阻和电容则用于调节放大倍数和滤波。

信号处理电路主要用于对光电传感器输出的电压或电流进行处理，使其能够被显示装置读取。

信号处理电路通常包括滤波电路、放大电路和AD转换电路。

滤波电路用于去除噪声干扰，提高信号质量。

放大电路用于进一步放大信号，使其能够被AD转换电路读取。

AD 转换电路将模拟信号转换为数字信号，以便于数字处理和显示。

显示装置用于显示辐射照度计测量结果。

显示装置通常为液晶屏或LED显示屏。

它能够将数字信号转换为人们可以直观理解的数值，并显示在屏幕上。

辐射照度计的工作原理可以简单描述为：当光照射到光电传感器上时，光电二极管或硒光电池中的电子会被激发，产生电流。

光电传感器输出的微弱电流信号经过光电转换电路放大和处理后，被显示装置显示为照度值。

辐射照度计的工作原理基于光电效应和能量守恒原理，通过测量光能转化为电信号的能量，来确定光照强度。

它可以帮助我们了解辐射照射对人体和环境的影响，提供科学依据，保护人类的健康和安全。

总结起来，辐射照度计利用光电效应和能量守恒原理，通过光电传感器将光能转化为电信号，经过光电转换电路、信号处理电路和显示装置的处理，最终显示出照度值。

第三章光通量及亮度的测量§３-１理想积分球原理及光通量标准灯理想积分球的条件：①积分球的内表面为一完整的几何球面,半径处处相等②球内壁是中性均匀漫射面，对各种波长的入射光线具有相同的漫反射比 ③球内没有任何物体,光源也看作只发光而没有实物的抽象光源理想积分球原理：１.积分球（光通球或球形光度计）结构： ①内部空的完整球壳,内壁涂白色的漫射层②球直径按待测灯尺寸和功率大小而定,直径D=1m 、2m 、3m 等 ③球壁上开一小窗口,其直径d ∝r(灯的尺寸）④球上开一个小门,或打开个口方便装取灯,有接线架、灯头、挡屏 2.积分球原理：设光源S 直接在球内任一点建立的照度E A ，在M 处的照度为E M A 处dS 发生第一次漫射出度为： 故由朗伯定律的特性知dS 面的光亮度为：A 处dS 发生漫射在M 处产生的二次照度为:a M E ρ=0/A L E ρπ=2222222(/2)cos ()()4L L ds AM L ds dE ds AM AM r r θ⋅⋅=⋅=⋅=上式代入得:整个球面发生一次漫射在M 处建立的二次照度为：222244AE dE E ds r r ρρφππ===⎰⎰类似分析为：二次漫射光线在M 处建立的照度为：23233222/44dE E ds r E dE E ds E r ρρπρπ=→===⎰⎰同理：2432E E E ρρ==235432E E E E ρρρ===⋅⋅⋅⋅⋅⋅则M 点的总照度E M 为:212312(1)M E E E E E E ρρ=+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅=++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅121121114M E E E E E E r ρρφρρπ→=+=+⋅=+--故用小挡屏挡住S 直接射向M 点的光线时，则E 1=0221414M E E r E r ρρρφρφπρπρ-→==⋅→=- 上式中r 、ρ均为常数,球壁上任何位置的E 与光源S 的总光通量Φ总成正比,因此可以通过测量球壁上开的小窗口的照度来计算光源的总光通量Φ总。

光通量的常用测量方法
光通量是描述光源发出的总光功率的物理量，通常以流明（Lumen）为单位。

以下是光通量的常用测量方法：
积分球法：使用积分球是一种常见的测量光通量的方法。

这个方法基于将光源放置在一个被称为积分球的球形结构内，球内有一个或多个光敏元件，测量通过球表面的总光量。

这样可以捕捉光源在所有方向上发射的光。

直接照度法：通过在特定距离上放置光度计（照度计），并测量其所接收到的光辐射，然后使用照度值和测量距离来计算光通量。

这个方法通常需要考虑发光源的发光特性和照明方向。

光度计法：使用光度计（光度分布曲线测量仪）来测量光源的光度分布。

通过测量光度并将其积分得到总光通量。

辐度计法：通过辐度计（辐度分布曲线测量仪）来测量光源在不同方向上的辐度分布，并进行积分得到总光通量。

比较法：使用已知光通量的标准光源进行比较。

通过将标准光源与待测光源放在相同的条件下进行比较，可以推断出待测光源的光通量。

光电二极管法：使用光电二极管测量光源辐射到光电二极管上的光功率，并通过一系列的校准和计算来确定光通量。

光谱辐射计法：使用光谱辐射计测量光源的辐射光谱，并通过积分获得总光通量。

不同的测量方法适用于不同的光源和应用场景。

在选择测量方法时，需要考虑光源的类型、发光特性、测量的精度要求以及实际测量环境等因素。

通常，专业的光度计、辐度计和积分球等设备可用于精确测量光通量。

发光亮度与光通量的计算发光亮度和光通量是与光密度相关的两个重要概念，它们在物理学和工程学中广泛应用于照明、光学器件和电子显示等领域。

本文将详细介绍发光亮度和光通量的定义、计算方法和相关性质。

发光亮度是指光源单位面积或单位立体角的辐射功率，也可以理解为单位面积或单位立体角内的光功率密度。

单位面积上的发光亮度通常用“尼特/平方米”（nit）表示，而单位立体角上的发光亮度则用“尼特/球面度”（nit/sr）表示。

光通量是指光源辐射或透过光器件的总功率，表示了光的总量。

光通量的单位是“流明”（lm），它是国际单位制（SI）中的光通量单位，也是国际照明委员会（CIE）推荐的单位。

了解发光亮度和光通量的定义后，我们可以来讨论如何计算它们。

1.计算发光亮度要计算发光亮度，需要知道光源的辐射功率和射出光的面积或立体角。

如果光源有辐射功率P（单位为瓦特）且照射面积为A（单位为平方米），那么发光亮度L的计算公式如下：L = P/A [nit]如果光源的辐射是以立体角Ω（单位为球面度/steradian）形式射出，那么发光亮度L的计算公式如下：L = P/Ω [nit/sr]2.计算光通量光通量的计算需要知道光源的辐射功率和光源的辐射特性。

如果光源有辐射功率P（单位为瓦特）且辐射的光满足某种特定辐射功率分布，如白炽灯的辐射功率分布可以由光谱数据得到，那么光通量Φ的计算公式如下：Φ = ∫P(λ)V(λ)dλ [lm]其中，P(λ)表示光源在波长λ处的辐射功率密度，V(λ)表示光源在波长λ处的视觉灵敏度函数。

如果光源的辐射不满足特定辐射功率分布，可以用光通量转换因子K对光源的辐射功率进行换算：Φ = K * P [lm]光通量转换因子K是用来换算辐射功率到光通量的比例因子，它的值取决于光源的特性。

在实际应用中，发光亮度和光通量往往是相互关联的。

例如，在照明设计中，我们常常需要根据光通量要求来选择适合的光源，而发光亮度是其中的一个重要指标。

光通量luminous flux光通量指人眼所能感觉到的辐射能量，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。

由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。

例如，当波长为555×10-9米的绿光与波长为65×10-9米的红光辐射功率相等时，前者的光通量为后者的10倍。

光通量的单位为“流明”。

光通量通常用Φ来表示，在理论上其功率可用瓦特来度量，但因视觉对此尚与光色有关。

所以度量单位采用，依标准光源及正常视力另定之“流明”来度量光通量。

符号：lm光通量是每单位时间到达、离开或通过曲面的光能数量。

流明(lm) 是国际单位体系(SI) 和美国单位体系(AS) 的光通量单位。

如果您想将光作为穿越空间的粒子（光子），那么到达曲面的光束的光通量与1 秒钟时间间隔内撞击曲面的粒子数成一定比例。

光源的辐射能通量；对人眼所引起视觉的物理量。

即单位时间内某一波段内的辐射能量与该波段的相对视见率的乘积。

人眼对不同波段的光，视见率不同；故不同波段的光辐射功率相等，而光通量不等。

[1]==================================人眼对亮度的敏感程序与颜色有关,在整个可见光范围内并不是均匀的.可以用相对敏感函数曲线进行描述.人眼对于波长X=555nm的光线最为敏感,我们定义这时的相对视敏度Vs(555)=1.当X为其它值时,Vs(X)均小于1.如果对于某一波长X的单色光,其辐射功率为P(X),相对视敏函数为Vs(X),则可以定义光通量为Y(X)=P(X)*Vs(X)当P(X)以瓦为单位时,Y(X)的单位为光瓦.只有当X=555nm时,1瓦光辐射功率产生1光瓦的光通量1967年法国第十三届国际计量大会规定了以坎德拉、坎德拉/平方米、流明、勒克斯分别作为发光强度、光亮度、光通量和光照度等的单位，为统一工程技术中使用的光学度量单位有重要意义。

第二章光强和照度的测量§２-１光强基准与光强标准灯 •作为光强单位的基准器应满足的条件:１.具有一定的强度和光谱功率分布２.具有很好的重复性，长时间点燃其光强数值保持不变 ３.制备及使用方便光强基准基本单位的演变历史: １.早期基准:蜡烛→卡塞尔灯（1800年）→尖头钠灯(1884-1940年) ２.白炽体基准和“小数”基准 ３.临时“国际烛光” ４.黑体基准和新烛光 ５.新烛光变成坎德拉６.坎德拉的新定义:光源发出频率为540×1012Hz 单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683w/Sr 时，其光强为1坎德拉（cd) •光强基准(次级基准)—副基准灯和工作基准灯组成１.次级基准的作用:由副基准灯保存量值，再通过工作基准灯向下进行量值传递 ２.我国选用光强标准灯系列中的BDQ7和BDQ8作为副级基准灯和工作基准灯 ３.光强标准灯的形状:圆柱形、正圆锥形、斜圆锥形、圆球形等我国采用圆球形 4.作为标准灯的首要条件是:稳定性要好—即每次燃点时应保持同样的光强 真空泡量值波动为：±(0.2-0.5)% 充气泡量值波动为：±(0.4-1)%5.光强标准灯的使用及其要求：①灯泡质量要好:泡壳应无色透明,无泛碱、发雾和波纹、气泡等缺陷，发光要稳定（注：新制标准灯发光不稳定应老练到全寿命的10%，通常是在高于工作电压的5%，老练50-80小时）②供电电源精度高（稳定性好—常用直流供电电源）③标准灯点燃时应逐渐点亮，在稳定电流（电压）下预热真空泡5分钟左右，充气泡预热10分钟左右，待发光稳定后再开始测量④测量时应经常更换极性（每小时换一次）。

标准灯在使用30-60小时后，要用上一级标准灯重新定标，若使用时间少于这个值，经一年后应重新定标§２-2目视法测光强光度学测光强方法：目视法（主观测量法）光电法（客观测量法）•目视光度计的制作原理：目视法主要利用人的眼睛对光敏感强，它能精确判断相邻二个表面的亮度是否相同。

基于光谱辐射计的光源光通量的高精度快速测量方法1．概述光源光通量是光源最重要的参数之一，精确测量光通量是光源测量的基础，对于光源的光效测量和节能效果的评价十分重要。

积分球是光源光通量测量中经常采用的仪器，它是利用光在积分球内的均匀漫反射涂层多次反射，达到空间积分的作用而进行测量的，具有测量速度快的优势。

被测光源的光通量结果是通过与标准灯结果比较得出的，由于标准灯种类的限制，标准灯和被测光源的光谱功率分布往往存在着较大的差异，这给精确测量被测光源的光通量带来了一定的难度，尤其是LED那样的准单色光源。

图1所示为标准A光源和准单色LED的相对光谱功率分布曲线，二者存在很大差异，若用光度探头测量光源光通量，二者在不同的光谱区域使探测器产生响应，对光度探头的光谱灵敏度曲线S(l)rel的V(l)匹配要求非常高。

考虑到光度探头一般在红光和蓝光区域的V(l)匹配不够理想，这更这类LED光源的精确测量更加带来了挑战。

图1：准单色LED和被测光源的相对光谱功率分布曲线2.基于光谱辐射计测量光源光通量积分球的探测窗口连接光谱辐射计测量光源的光谱功率分布，并计算光源的光度值：其中，为光谱辐射功率，V(l)为标准光谱光效函数，为最大光效率时的转换系数，即683lm/W。

这种方法也被称为分光法，它可以有效解决由光度探头的V(l)失匹配带来的误差，并且除了光通量外，还可以根据测得的光谱辐射功率计算出光源的色品坐标、色温、显色指数、色容差等对于光源的评价和利用十分重要的色度参数。

3.光谱辐射计的性能要求用分光法测量光源的光通量以及色度的精度主要取决于所采用的光谱辐射计。

光谱辐射计可以分为两大类型：机械扫描单色仪光谱辐射计和快速多通道光谱辐射计。

前者使用单通量探测器，测量速度慢，但精度（波长准确度、光谱分辨率等）高；后者测量速度快（毫秒级测量速度），但各仪器之间性能差别很大。

建议使用与单色仪光谱仪精度（波长准确度、光谱分辨率等）相当的高精度快速光谱辐射计测量光源尤其是窄带光源的光通量，以得到良好的结果。

22、23期介绍投影仪文章都存在将光通量当做亮度的差错，现转载一文：有关发光强度、光通量、照度、亮度的简单介绍光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。

这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。

正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。

1、发光强度(I、Intensity)，单位坎德拉，即cd。

定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。

这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。

可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。

发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。

现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd 就是15cd。

之所以LED用毫cd(mcd)而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm 的LED其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。

用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。

因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。

很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED手电有用，但可观察角度也受限。

另外，同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。

之所以用发光强度来表示手电或LED，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的。

特别的说，距离1m的lx就是cd值。

但是，很多场合下我们需要照射面积大一些，所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的能力。

辐射亮度的测量概述辐射亮度是物体辐射出的光线的亮度。

测量辐射亮度对于了解物体的发热特性、光电转换效率以及应用于照明、太阳能等领域都具有重要意义。

本文将详细介绍辐射亮度的测量原理、方法和相关设备。

1. 测量原理辐射亮度的测量需要考虑以下两个因素：辐射功率和固体角。

辐射功率指的是物体单位时间内发出的光能量，通常用W来表示。

固体角是指光线传播的方向，可以通过角度或立体角来表示。

辐射亮度（L）定义为单位立体角内单位面积的辐射功率。

它可以通过以下公式计算：L = dP / dAcosθ2. 测量方法为了测量辐射亮度，需要使用专用的辐射亮度测量仪器。

常见的测量方法包括：2.1 导线法导线法通过使用一根特殊的导线，将光线从待测物体上导出，并通过测量导线上的电流来推导出辐射亮度的值。

该方法适用于高亮度且较小的物体。

2.2 镜子法镜子法通过将物体反射到一个特殊设计的镜面上，然后测量反射光线的亮度来计算辐射亮度。

此方法适用于较大的平面或球形物体。

2.3 球面法球面法使用一个球形探测器，将辐射光线聚焦到球的表面上，并通过测量球面上的光能来计算辐射亮度。

这种方法适用于较大的非均匀辐射源。

3. 测量设备用于测量辐射亮度的设备有很多种类，以下是常见的几种：3.1 辐射亮度计辐射亮度计是一种用于测量辐射亮度的仪器，它通常包括一个探测器和一个显示屏。

辐射亮度计可以根据不同的测量原理和方法进行分类，如导线法、镜子法和球面法等。

3.2 光谱辐射计光谱辐射计是一种专用仪器，用于测量物体在不同波长范围内的辐射亮度分布。

它可以通过分析光谱数据来获得物体的辐射亮度特性，对于了解物体的发热特性和照明应用非常重要。

3.3 热影像仪热影像仪是一种能够检测物体表面温度分布并转换为图像的设备。

通过分析热影像仪拍摄到的图像，可以间接得到物体的辐射亮度信息。

4. 应用领域辐射亮度的测量在许多领域中都有广泛的应用，以下是几个示例：4.1 太阳能发电测量太阳能电池板的辐射亮度，可以了解其光电转换效率及工作性能，进而优化太阳能发电系统的设计和运行。