LED光源有哪些光學(xué)參數(shù)？LED光源光照度怎么計算？

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光源光照度怎么計算？本文對LED光源光學(xué)參數(shù)及LED光源光照度計算方法做了介紹，對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”，表示不同波長的光對人眼的視覺靈敏度。能引起人視覺感應(yīng)的可見光波長在380-780nm之間，實驗表明：正常視力的觀察者，對波長5.55×10-7米（555nm）的黃綠色光最敏感，而對紫外光和紅外光，則無視力感覺。取人眼對波長為5.55×10-7米的黃綠光的視見率為1，其他波長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。某波長的光的視見率與波長為5.5×10-7米的黃綠光視見率的比稱為該波長的相對視見率。

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LED向各個方向發(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)光強度（簡稱光強）Iv，光強的單位是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，故都具有很強指向性：位于法向方向光強最大，其與水平面交角為90°。當(dāng)偏離正法向不同θ角度，光強也隨之變化。發(fā)光強度隨著不同封裝形狀而強度依賴角方向。發(fā)光強度的角分布是描述LED發(fā)光在空間各個方向上光強分布。

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?；蛭矬w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，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)光強度，α為被照面的法線與其中心到光源連線間的夾角。在國際單位制中，照度單位為勒克斯，簡稱勒，符號為lx。

6.光亮度

光亮度表示每單位面積上的發(fā)光強度，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，上式將變?yōu)椋篖v=dIv/dScosθ。

所以，光源的光亮度可定義為：在表面一點處的面元在給定方向上的發(fā)光強度，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發(fā)光面，而且還可以用來描述光路中的任意一個截面，如一個透鏡的有效面積、一個光闌所截的面積或一個象的面積等。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光源光照度的計算方法：

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

（1）距離平方反比定律

如上圖所示，點光源S在指向平面N（與入射光線垂直的平面）上P點的方向上光強為Iθ，光源到P點的距離為l，投射到包括P點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點產(chǎn)生的照度En為：

距離平方反比定律說明，點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點在水平面H上，則P點的照度為：

式中Iθ——光源在照度計算點方向的發(fā)光強度；

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

l——光源至照度計算點的距離。

對于LED照明光源，一般為多個點光源構(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，可認(rèn)為光源為點光源。由于不存在相干的問題，因此當(dāng)有n個點光源同時照射到工作面時，n個點光源產(chǎn)生的照度等于每一光源分別產(chǎn)生的照度的總和?？傉斩瓤捎孟率奖硎荆?/p>

式中I_θn——第n個光源在照度計算點方向的發(fā)光強度；

θ_n——第n個光源至照度計算點連線與光源至照度計算平面垂線之間夾角的余弦；

l_n——第n個光源至照度計算點的距離。

當(dāng)LED照明光源在被照面上各點產(chǎn)生的照度比較均勻時，可用平均照度來表征工作面上照明的程度。此時，照明設(shè)計可以采用比較簡單的平均照度計算法而使得計算簡化，即計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。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。

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（強弱、遠近、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區(qū)別是方向性。亮度是有方向的量，談?wù)撃滁c的亮度還必須同時指明測試或觀察的方向。例如點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產(chǎn)生強烈的反光。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，對照度的影響都相同。