LED基础知识-光学单位和计算

LED基础知识:光学单位和计算

1．前言

在LED的应用领域里，光强和光功率是两个很重要的指标参数。了解这些指标参数是如何被测量，被何种仪器方式测量以及它们的单位是非常基础和重要的。本文解释了主要的光学单位并提供了简单的计算方法。

2．颜色

当日光穿透棱镜时，光线被分为7种颜色：紫色，青色，蓝色，绿色，黄色，橙色和红色。由于这些颜色无法被进一步细分，因此被认为是单色光。可见光谱是由波长逐步增加的单色光排列组成的。

如图一所示，单色光可以被定义为单一的波长。与之相比较的是图二中白色LED 所描述的光谱。

3．辐射计和光度计的测定

1)辐射线在几何学里被定义为随着时间变化的光能（紫外?红外）。

2)光度测定受控于辐射量和人眼对可见光的敏感度。

4．功率

3）光功率：光源单位时间内发出的总能量。（瓦特）

发光效率对人眼可见光的感知度没有关系和影响。举例来说，1个瓦特的紫外线光谱能量人眼是看不见的。

4）光强：光功率中人眼敏感的因素。（流明）

（用光谱效能整合的光功率）

5．发光效率和人类的眼睛

人类的眼睛至少能感知到波长为380-780奈米的磁性光谱,而最为敏感的光波长为555奈米.眼睛的敏感曲线图如下图3所示.CIE(国际照明协会)在1924年采用标准的光谱发光效率图.

注意:

1）这个图在白天使用是有效的.

2）夜视时507 nm是另一个峰值.

3）眼睛的敏感度能够和下面的例子联系起来.

眼睛对470 nm蓝光的感知度只有555 nm绿光的1/10.

也就是说1 mw的470 nm和555 nm的光,绿光比蓝光要亮10倍.

6．辐射量和光通量的关系

光通量是由辐射量，标准发光效率和最大光谱发光效率相乘的结果来确定。公式如下：

*Km（最大光谱发光效率）在人类视觉可见区域555 nm时为683 lm/w。

因此，光通量=Km×Φe(λ) ×V(λ)。

光通量的简单计算（流明）

1）单色光

a.555 nm（绿光）辐射量：1 watt

683×1×10ˉ³[w]×1.000 = 0.683 [lm]

b.波长：600 nm 辐射功率：3 mw

波长为600 nm的标准发光效率系数是0.631。（由图1）

c.光通量为：

683×3×10ˉ³[w]×0.631 = 1.292919 [lm]

2）波长的分布

LED的光谱分布，是个肉眼可见光波长380-780 nm辐射功率的积分再乘以最大光谱发光效率。结果如下柱状图所示。

7．立体角和光强

光强是点光源在某一方向立体角内光通量的大小。（单位：cd=坎德拉）

立体角（弧度：sr）是一个固定的角度。

1)立体角被定义为在一个被r²分开的半径r的球体上的区域。

2)光强是点光源在某一方向立体角内光通量的大小。cd=lm/sr.

对点光源来说，如果圆锥的尺寸按照规则的立体角变化，那么通过圆锥体的光通量是相同。

8．照度

照度是点光源的光在单位受照面积的光通量。(单位:勒克斯,lx)1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。举例如下：

图7中，假设a,b和c面积相同（1平方米）。照度由总光量来表示（如前头）。距离越远，单位面积内的箭头越少，说明照度越低。

9．单位之间的关系

关于已经提到的光学单位的摘要参照下列的图解

．总结

Kelvin 作开尔文温度计（缩写为“K”）是科学工作中使用很普遍的一种。

Kelvin开氏温度标度是用一种理想气体来确立的，它的零点被称为绝对零度。根据动力学理论，当温度在绝对零度时，气体分子的动能为零。为了方便起见。Kelvin开氏温度计的刻度单位与摄氏温度计上的刻度单位相一致，也就是说，Kelvin开氏温度计上的一度等于摄氏温度计上的一度，水的冰点摄氏温度

计为0℃，Kelvin开氏温度计为273.16°K。

是照明设计的重要内容,照度计算又是照明功能效果计算的重要组成部分。照度计算的目的是根据所需要的照度值,结合其它已知条件(如照明器型式及布置、房间各个面的反射条件及污染情况等)来决定灯泡的容量或灯的数量。

照度计算方法有利用系数法和逐点计算法(包括平方反比法、等照度曲线法、方位系数法等) 两大类,利用系数法用于计算平均照度与配灯数,逐点计算法用

于计算某点的直射照度。现将这两种计算方法的特点及使用范围对比如下: 利用系数法利用系数计算此法考虑了直射光及反射光两部分所产生的照度

计算结果为水平面上的平均照度计算室内水平面上的平均照度,特别适用于反射条件好的房间．查概算曲线一般生产及生活用房的灯数概略计算

逐点计算法平方反比法此法只考虑直射光产生的照度,可以计算任意面上

某一点的直射照度采用直射照明器的场所,可直接求出水平面照度等照度曲线法方位系数法，使用线光源的场所,求算任意面上一点的照度

一套速查表格以便使用。表格相关说明如下:

1. 室形指数RI=W* L/H*(W L) W-房间宽; L-房间长, H-灯具至工作面高度,并

据此室形指数结合灯具配光类型查表得出φ0。见附表1。

2. 室内顶棚、墙面及地面的反射系数分别为ρC、ρW、ρf,根据实际环境不同可加系数C1修正。见附表2。

3. 各灯具效率不同, 可加系数C2修正。见附表3。

附表1

室形指数 RI 直接型配光灯具半直接型配光灯具均匀漫射配光灯具半间接

型配光灯具间接型配光灯具

S<0.9h S<1.3h

0.6 5.38 5.00 5.38 5.38 7.78 8.75

0.8 4.38 3.89 4.38 4.24 6.36 7.00

1.0 3.89 3.41 3.68 3.59 5.39 6.09 1.25 3.41

2.98

3.33 3.11

4.83

5.00

1.5 3.11

2.74

3.04 2.86

4.38 4.83

2.0 2.80 2.46 2.69 2.50 4.00 4.38

2.5 2.64 2.30 2.50 2.30

3.59

4.89

3.0 2.55 2.30 2.37 2.19 3.33 3.68

3.5 2.46 2.12 2.30 2.11 3.18 3.33

4.0 2.37 2.06 2.22 2.03 3.04 3.33

4.5 2.35 2.02 2.17 1.99 2.98 3.26

5.0 2.33 1.97 2.12 1.94 2.92 3.18

附注:S为灯具间距,h为灯具安装高度

直接型照明器允许距高比分类

分类名称距高比s/h

特狭照型S/h≤0.5

狭照型(深照型,集照型) 0.5

中照型(扩散型,余弦型) 0.7

广照型 1.0

特广照型 1.5

附表2

ρC 0.7 0.6 0.4

ρW 0.5 0.4 0.3

ρf 0.2 0.2 0.2

C1 1 1.08 1.27

附表3