LED光源有哪些光學參數？LED光源光照度怎么計算？

LED光源有哪些光學參數？LED光源有很多的光學參數，其中常見的就有視見率、光通量、發光效率、發光強度、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光源光學參數及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光源有哪些光學參數？

1.視見率

又稱“光(guang)(guang)譜光(guang)(guang)視(shi)效率(lv)”，表示不同(tong)波(bo)(bo)(bo)長(chang)(chang)的(de)(de)光(guang)(guang)對(dui)人(ren)眼(yan)的(de)(de)視(shi)覺(jue)(jue)靈敏(min)度。能引起(qi)人(ren)視(shi)覺(jue)(jue)感應的(de)(de)可(ke)見光(guang)(guang)波(bo)(bo)(bo)長(chang)(chang)在380-780nm之間，實驗(yan)表明：正常視(shi)力的(de)(de)觀察者，對(dui)波(bo)(bo)(bo)長(chang)(chang)5.55×10-7米(mi)（555nm）的(de)(de)黃綠色光(guang)(guang)最敏(min)感，而對(dui)紫外(wai)光(guang)(guang)和紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)，則無視(shi)力感覺(jue)(jue)。取(qu)人(ren)眼(yan)對(dui)波(bo)(bo)(bo)長(chang)(chang)為(wei)5.55×10-7米(mi)的(de)(de)黃綠光(guang)(guang)的(de)(de)視(shi)見率(lv)為(wei)1，其他波(bo)(bo)(bo)長(chang)(chang)的(de)(de)可(ke)見光(guang)(guang)的(de)(de)視(shi)見率(lv)均小于(yu)1，紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)和紫外(wai)光(guang)(guang)的(de)(de)視(shi)見率(lv)為(wei)零。某波(bo)(bo)(bo)長(chang)(chang)的(de)(de)光(guang)(guang)的(de)(de)視(shi)見率(lv)與波(bo)(bo)(bo)長(chang)(chang)為(wei)5.5×10-7米(mi)的(de)(de)黃綠光(guang)(guang)視(shi)見率(lv)的(de)(de)比稱為(wei)該波(bo)(bo)(bo)長(chang)(chang)的(de)(de)相對(dui)視(shi)見率(lv)。

2.光通量

光(guang)(guang)通(tong)量(liang)Φv是表征LED總(zong)光(guang)(guang)輸出(chu)的輻射能量(liang)，它(ta)標志器件的性能優劣(lie)。Φv為(wei)LED向各個方向發(fa)光(guang)(guang)的能量(liang)之(zhi)和，它(ta)與工(gong)作電(dian)流(liu)直接有關。隨著電(dian)流(liu)增加(jia)，LED光(guang)(guang)通(tong)量(liang)隨之(zhi)增大(da)。LED的光(guang)(guang)通(tong)量(liang)單(dan)位為(wei)流(liu)明（lm）。光(guang)(guang)通(tong)量(liang)與芯片(pian)材料、封(feng)裝工(gong)藝水平及外加(jia)恒流(liu)大(da)小(xiao)有關。

3.發光強度

LED光(guang)(guang)源在給定方向的(de)單位立體(ti)角內發(fa)射(she)的(de)光(guang)(guang)通(tong)量定義為光(guang)(guang)源在該方向的(de)發(fa)光(guang)(guang)強(qiang)度（簡稱光(guang)(guang)強(qiang)）Iv，光(guang)(guang)強(qiang)的(de)單位是cd（坎德拉），表示為Iv=dΦv/dΩ。它是表征(zheng)發(fa)光(guang)(guang)器件發(fa)光(guang)(guang)強(qiang)弱(ruo)的(de)重要性能(neng)。

LED大(da)量應用要求是圓(yuan)柱、圓(yuan)球(qiu)封裝，由于(yu)(yu)凸(tu)透鏡的作用，故都(dou)具(ju)有很強指向(xiang)性：位(wei)于(yu)(yu)法向(xiang)方向(xiang)光(guang)強最大(da)，其與(yu)水平面交角(jiao)為(wei)90°。當(dang)偏(pian)離正(zheng)法向(xiang)不同θ角(jiao)度(du)，光(guang)強也隨之變化。發(fa)光(guang)強度(du)隨著(zhu)不同封裝形狀而強度(du)依賴角(jiao)方向(xiang)。發(fa)光(guang)強度(du)的角(jiao)分布(bu)是描(miao)述(shu)LED發(fa)光(guang)在空間各個方向(xiang)上光(guang)強分布(bu)。

4.發光效率

發(fa)光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)是光(guang)(guang)通量(liang)(liang)與電(dian)功率(lv)(lv)(lv)之比(bi)，單位為lm/W，簡稱光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)。發(fa)光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)表征了光(guang)(guang)源(yuan)的(de)節能特性，這是衡量(liang)(liang)現代光(guang)(guang)源(yuan)性能的(de)一個重要標志。LED的(de)光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)與芯片的(de)內外量(liang)(liang)子效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)、光(guang)(guang)提取效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)和光(guang)(guang)譜分布等因素有關(guan)。對照明光(guang)(guang)源(yuan)來說，總(zong)是希望(wang)光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)要高，這樣可以(yi)在相同的(de)功耗(hao)下得到更(geng)多(duo)的(de)光(guang)(guang)通量(liang)(liang)，可以(yi)節省大量(liang)(liang)的(de)電(dian)能。

5.光照度

光照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)(du)是物體表面(mian)被照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明程度(du)(du)。或(huo)物體單位(wei)表面(mian)上所得到(dao)的光通(tong)(tong)量。即E=Φ/s。通(tong)(tong)常當光源大小(xiao)比其到(dao)被照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)射面(mian)的距離(li)r小(xiao)很(hen)多時，被照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)面(mian)的照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)(du)E和(he)該面(mian)與(yu)光源間(jian)的距離(li)平方成反比，即服從下列定(ding)律：E=Icosα/r2。式中I為(wei)發(fa)光強度(du)(du)，α為(wei)被照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)面(mian)的法線與(yu)其中心到(dao)光源連線間(jian)的夾角。在國(guo)際單位(wei)制(zhi)中，照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)(du)單位(wei)為(wei)勒(le)克斯(si)，簡(jian)稱勒(le)，符號為(wei)lx。

6.光亮度

光(guang)亮度(du)(du)表示每單位面(mian)積(ji)上(shang)的發光(guang)強度(du)(du)，即Lv=dIv/dS。亮度(du)(du)的單位為(wei)(wei)(wei)坎德(de)拉每平(ping)方米（cd/m2）。上(shang)式(shi)中的面(mian)積(ji)，應理解為(wei)(wei)(wei)一個面(mian)在觀察(cha)方向上(shang)的正投影面(mian)積(ji)。因此，若觀察(cha)方向與該面(mian)的法線夾角為(wei)(wei)(wei)θ時，上(shang)式(shi)將變(bian)為(wei)(wei)(wei)：Lv=dIv/dScosθ。

所以，光源的(de)光亮度可定(ding)義為(wei)：在表面(mian)(mian)(mian)一點處的(de)面(mian)(mian)(mian)元(yuan)在給定(ding)方向上的(de)發光強(qiang)度，除以該(gai)面(mian)(mian)(mian)元(yuan)在垂至于(yu)給定(ding)方向的(de)平面(mian)(mian)(mian)上的(de)正投影面(mian)(mian)(mian)積。

由于Iv=dΦv/dΩ，故有Lv=d2Φv/dΩdScosθ，這(zhe)(zhe)個(ge)公式(shi)是(shi)光(guang)(guang)亮(liang)度(du)的(de)較通(tong)用的(de)定義式(shi)。由該式(shi)可知，亮(liang)度(du)不僅可用來(lai)(lai)描述(shu)(shu)一(yi)個(ge)發光(guang)(guang)面(mian)，而且還可以(yi)用來(lai)(lai)描述(shu)(shu)光(guang)(guang)路中的(de)任(ren)意一(yi)個(ge)截(jie)面(mian)，如一(yi)個(ge)透鏡的(de)有效面(mian)積、一(yi)個(ge)光(guang)(guang)闌所截(jie)的(de)面(mian)積或(huo)一(yi)個(ge)象的(de)面(mian)積等(deng)(deng)。此外(wai)，還可以(yi)用亮(liang)度(du)來(lai)(lai)描述(shu)(shu)一(yi)束(shu)光(guang)(guang)，光(guang)(guang)束(shu)的(de)亮(liang)度(du)等(deng)(deng)于這(zhe)(zhe)個(ge)光(guang)(guang)束(shu)所包含的(de)光(guang)(guang)通(tong)量除以(yi)這(zhe)(zhe)束(shu)光(guang)(guang)的(de)橫截(jie)面(mian)和這(zhe)(zhe)束(shu)光(guang)(guang)的(de)立體(ti)角。

LED光源光照度的計算方法：

照度表征的(de)是(shi)被照表面(mian)單位面(mian)積上(shang)的(de)光通量。對于單個(ge)點光源(yuan)的(de)照度，其基(ji)本計算(suan)公式可(ke)由下(xia)面(mian)兩個(ge)照度定律(lv)導出，這(zhe)兩個(ge)定律(lv)是(shi)照度計算(suan)的(de)基(ji)礎。

（1）距離平方反比定律

如(ru)上(shang)圖所(suo)示(shi)，點光(guang)源S在指向平(ping)面(mian)N（與入(ru)射(she)光(guang)線垂直的平(ping)面(mian)）上(shang)P點的方向上(shang)光(guang)強為(wei)Iθ，光(guang)源到(dao)P點的距(ju)離為(wei)l，投射(she)到(dao)包括(kuo)P點的指向平(ping)面(mian)上(shang)的面(mian)元(yuan)上(shang)的光(guang)通量為(wei)：

因(yin)面(mian)(mian)元dAn很小，可(ke)以把(ba)它看(kan)成(cheng)是(shi)以點(dian)光源為(wei)球(qiu)心的球(qiu)面(mian)(mian)積的一部分，所以立體角dω可(ke)由(you)下式確定：

根據照(zhao)度(du)的定義，光源在指向平(ping)面上P點產生的照(zhao)度(du)En為(wei)：

距(ju)離(li)平(ping)方(fang)反比定律說明(ming)，點光源(yuan)在與照射方(fang)向垂直的(de)平(ping)面(mian)上產(chan)生的(de)照度與光源(yuan)至(zhi)被照面(mian)的(de)距(ju)離(li)的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)反比。

（2）余弦定律

如果圖中的(de)P點(dian)在水平面H上，則(ze)P點(dian)的(de)照度為：

式中Iθ——光源在照度計算點方向的發光強(qiang)度；

cosθ——光源(yuan)至(zhi)照(zhao)度(du)計算點的(de)連線(xian)與光源(yuan)至(zhi)照(zhao)度(du)計算平面(mian)的(de)垂線(xian)之間夾角(jiao)的(de)余弦；

l——光源至照度計算(suan)點的距離。

對于(yu)(yu)(yu)(yu)LED照(zhao)明(ming)光(guang)源(yuan)(yuan)，一(yi)般為(wei)多個點光(guang)源(yuan)(yuan)構(gou)成。光(guang)源(yuan)(yuan)的尺寸相比于(yu)(yu)(yu)(yu)光(guang)源(yuan)(yuan)和(he)被(bei)照(zhao)面的距離小(xiao)于(yu)(yu)(yu)(yu)五(wu)分之一(yi)時(shi)，可(ke)認為(wei)光(guang)源(yuan)(yuan)為(wei)點光(guang)源(yuan)(yuan)。由于(yu)(yu)(yu)(yu)不(bu)存在相干的問(wen)題，因此(ci)當有n個點光(guang)源(yuan)(yuan)同時(shi)照(zhao)射(she)到(dao)工作(zuo)面時(shi)，n個點光(guang)源(yuan)(yuan)產生的照(zhao)度等于(yu)(yu)(yu)(yu)每一(yi)光(guang)源(yuan)(yuan)分別產生的照(zhao)度的總和(he)。總照(zhao)度可(ke)用下式表示：

式中I_θn——第(di)n個光源在照度(du)計(ji)算(suan)點方(fang)向的發光強度(du)；

θ_n——第n個光(guang)源至照度計算點連線與光(guang)源至照度計算平(ping)面垂線之(zhi)間夾角(jiao)的余弦(xian)；

l_n——第n個光(guang)源至照度計算點的距(ju)離(li)。

當(dang)LED照(zhao)(zhao)明光(guang)源在(zai)被照(zhao)(zhao)面上(shang)各點(dian)產生的照(zhao)(zhao)度比較(jiao)均(jun)(jun)勻時，可用平(ping)均(jun)(jun)照(zhao)(zhao)度來表(biao)征工(gong)作(zuo)面上(shang)照(zhao)(zhao)明的程度。此時，照(zhao)(zhao)明設計(ji)可以(yi)采用比較(jiao)簡(jian)單的平(ping)均(jun)(jun)照(zhao)(zhao)度計(ji)算(suan)法而(er)使(shi)得計(ji)算(suan)簡(jian)化，即(ji)計(ji)算(suan)落到(dao)工(gong)作(zuo)面上(shang)的總光(guang)通量除以(yi)被照(zhao)(zhao)面的面積。

LED光源光照度和光亮度的關系：

1.LED光源光照度(du)和光亮度(du)的聯系

亮度和照度都是(shi)表示(shi)光(guang)(guang)能光(guang)(guang)通量的光(guang)(guang)學參數(shu)。

照度表示的(de)(de)是光(guang)(guang)通量的(de)(de)表面(mian)密度，即(ji)單(dan)位(wei)受光(guang)(guang)面(mian)上的(de)(de)光(guang)(guang)通量，而亮度則是單(dan)位(wei)投(tou)影面(mian)上的(de)(de)光(guang)(guang)強(qiang)。它們之間的(de)(de)關系如下：

亮度L=I/S（cd/m2）

照(zhao)度(du)E=F/S（lm/m2）

光強I=F/ω（cd）

所以(yi)L=E/ω表示單位立(li)體角(jiao)內的(de)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(du)和光亮度(du)的(de)區別：

通(tong)俗地說，亮度(du)(du)(du)(du)是物(wu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)明(ming)亮的(de)(de)(de)(de)程(cheng)度(du)(du)(du)(du)。對于發(fa)光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)，亮度(du)(du)(du)(du)表(biao)明(ming)了(le)它(ta)(ta)(ta)表(biao)面(mian)(mian)發(fa)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)本領，主(zhu)要與它(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)發(fa)光(guang)(guang)特(te)性(xing)(xing)(xing)有(you)關；對于本身不(bu)發(fa)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)物(wu)體(ti)(ti)(ti)，它(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)亮度(du)(du)(du)(du)不(bu)僅(jin)與照(zhao)亮它(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)有(you)關，還與物(wu)體(ti)(ti)(ti)自(zi)身的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)特(te)性(xing)(xing)(xing)有(you)關。例(li)如在(zai)同樣(yang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)線下，反射率(lv)小的(de)(de)(de)(de)黑絲絨亮度(du)(du)(du)(du)低，反射率(lv)高的(de)(de)(de)(de)白紙亮度(du)(du)(du)(du)高。照(zhao)度(du)(du)(du)(du)表(biao)明(ming)物(wu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)被(bei)光(guang)(guang)源(yuan)照(zhao)明(ming)的(de)(de)(de)(de)程(cheng)度(du)(du)(du)(du)，即單(dan)位時間內(nei)投射到物(wu)體(ti)(ti)(ti)單(dan)位表(biao)面(mian)(mian)上光(guang)(guang)能量的(de)(de)(de)(de)多少。因此亮度(du)(du)(du)(du)與照(zhao)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)第一個重要區別是：亮度(du)(du)(du)(du)與物(wu)體(ti)(ti)(ti)自(zi)身的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)特(te)性(xing)(xing)(xing)有(you)關。照(zhao)度(du)(du)(du)(du)僅(jin)由光(guang)(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)（強弱、遠(yuan)近、投射角）確定，與被(bei)照(zhao)明(ming)物(wu)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)特(te)性(xing)(xing)(xing)無(wu)關。

亮(liang)度(du)與照度(du)的(de)第二個區(qu)別是(shi)方(fang)(fang)(fang)(fang)向性。亮(liang)度(du)是(shi)有方(fang)(fang)(fang)(fang)向的(de)量，談論某點(dian)(dian)的(de)亮(liang)度(du)還必須同(tong)時指明測試或觀察的(de)方(fang)(fang)(fang)(fang)向。例如點(dian)(dian)亮(liang)的(de)手(shou)電(dian)筒從(cong)正(zheng)面看比斜看亮(liang)得多，劣質的(de)黑板在教室的(de)某些位置(zhi)會產(chan)生強烈的(de)反光(guang)(guang)。照度(du)是(shi)無(wu)方(fang)(fang)(fang)(fang)向的(de)量，物(wu)體上某處(chu)的(de)照度(du)是(shi)周(zhou)圍環境投射到該處(chu)所有光(guang)(guang)線之(zhi)和，無(wu)論光(guang)(guang)線從(cong)何方(fang)(fang)(fang)(fang)射來，只要(yao)投射到物(wu)體上的(de)光(guang)(guang)能量相同(tong)，對照度(du)的(de)影響都相同(tong)。