照度(illuminance)
单位面积光通量的量度标准。照度的基本单位是Lux(流明/平方米)或者英尺烛光(foot-candles)(流明/平方英尺)。
fc：英尺烛光，1fc=10.76lx
流明来自于英文单词light meter,简写为lm。
1967年法国第十三届国际计量大会规定了
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。为使您了解和使用便利，以下将有关知识做一简单介绍：
1. 烛光、国际烛光、坎德拉（candela）的定义
在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的{jd1}“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K获1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1 坎德拉。并且，烛光、国际烛光、坎德拉 三个概念是有区别的，不宜等同。从数量上看，60 坎德拉等于58.8国际烛光，亥夫纳灯的1烛光等于0.885国际烛光或0.919坎德拉。
2. 发光强度与光亮度
发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强为I=F/Ω，Ω为立体角，单位为球面度（sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。
以下是部分光源的亮度值：单位cd/m²
太阳：1.5*10 ；日光灯：（5—10）*10³；月光（满月）：2.5*10³；黑白电视机荧光屏：120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。
3. 光通量与流明
光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，在各色光中，黄、绿色光能激起{zd0}的明亮感觉。如果用绿色光作水准，令它的光通量等于辐射能通量，则对其它色光来说，激起明亮感觉的本领比绿色光为小，光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明，是英文lumen的音译，简写为lm。{jd1}黑体在铂的凝固温度下，从5.305*10³cm²面积上辐射出来的光通量为1lm。为表明光强和光通量的关系，发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1六名。一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。
4. 光照度与勒克斯
光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。
以下是各种环境照度值：单位lux
黑夜：0.001—0.02；月夜：0.02—0.3；阴天室内：5—50；阴天室外：50—500；晴天室内：100—1000；夏季中午太阳光下的照度：约为10*9次方；阅读书刊时所需的照度：50—60；家用摄像机标准照度：1400。
1、光和光谱
光是能引起视觉的辐射能，它以电磁波的形式在空间传播，人眼所感觉到的光仅是电磁波中很小的一部分，称为可见光。可见光的波长度量单位是纳米（nm），一般在370-780 nm范围之间。把光线中不同强度的单色光按波长长短依次排列，称为光源的光谱。
2、光通量和发光效率
光源在单位时间内通过某一面积的光能，称为该面积上的光通量。其符号Φ，单位为流明（lm）。1lm相当于波长为555nm的单色辐射，功率为1/680wh的光通量。每消耗1W 电功率所发出的光通量（lm/w）称为发光效率，简称光效。
3、发光强度
桌上有一盏灯，有灯罩时比没有灯罩时亮，此时灯泡发出的光通量没有变化，只是光通量在空间分布的状况有了变化，由灯罩反射向下时光通量增加了，光通量在空间的分布密度，即发光强度。发光强度是表征光源发光能力大小的物理量。它表示光源向空间某一方向辐射的光通密度。符号为I，单位为坎德拉（cd）。
4、亮度
即使两个光源发光强度相同，它们在视觉上引起的明亮程度也会不同。例如功率相同的一个白炽灯泡和磨砂灯泡。后者看起来不如前者亮，这是因为磨砂玻璃表面凹凸不平，发光面积较大的缘故，通常把光源表面每单位面积的发光强度，称为光源的亮度，符号L，单位为cd/m2,L=I/A。
5、照度
受照物体表面每单位面积上接收到的光通量称为照度。用E表示，单位为勒克司（lx）。
被光均匀照射的平面照度为E=Φ/A。Φ-A面上接收的总光通量，单位为流明（lm）。
A-被照面积，单位为平方米（m2）。
１、前言/ F( A" ~# N5 P9 L9 i, k
近30年来，LED发光二极管的技术经历了飞速发展的过程。LED以其固有的高效率、长寿命、低损耗、耐振动、响应速度快等优点得到了广泛的应用，比如指示灯、显示屏、交通信号灯等，目前正在探索把它应用于照明领域。
9 K7 ]! B" P t1 s5 \9 j' A" e/ y 由于我国还未建立LED光度标准，严重地影响了LED产品质量的提高和量值的统一，影响着国际贸易和国际间LED技术方面的交流和推广，因此，虽然近几年来我国的LED产品质量和品种有所提高，但与国外先进国家相比差距较明显。
; z! E1 B- w6 a" D$ S/ ? 在这种形势下，我们着手对LED光学参数的测量进行了细致的研究，并进行了LED国家光度标准的建立工作。% h/ x3 q: u" c1 ]5 d7 s! f
２、LED光参数介绍
5 `8 ^+ z) l3 G/ J- C8 U$ @7 { LED的光学参数中重要的几个方面就是：光通量、发光效率、发光强度、光强分布、波长。
. H! U) F* l6 U4 N3 a ２.１发光效率和光通量
( H, P0 U* V: J+ C. M+ S! Y 发光效率就是光通量与电功率之比。发光效率表征了光源的节能特性，这是衡量现代光源性能的一个重要指标。
$ S" i+ m; W6 ]4 O5 k8 m6 h ２.２发光强度和光强分布
, F7 ?7 J7 l. v& d4 L. s! P LED发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱，由于LED在不同的空间角度光强相差很多，随之而来我们研究了LED的光强分布特性。这个参数实际意义很大，直接影响到LED显示装置的最小观察角度。比如体育场馆的LED大型彩色显示屏，如果选用的LED单管分布范围很窄，那么面对显示屏处于较大角度的观众将看到失真的图像。而且交通标志灯也要求较大范围的人能识别。
8 C; S! `5 i& m/ F ２.３波长 对于LED的光谱特性我们主要看它的单色性是否优良，而且要注意到红、黄、蓝、绿、白色LED等主要的颜色是否纯正。因为在许多场合下，比如交通信号灯对颜色就要求比较严格，不过据观察现在我国的一些LED信号灯中绿色发蓝，红色的为深红，从这个现象来看我们对LED的光谱特性进行专门研究是非常必要而且很有意义的。6 X& a1 _4 Z0 W" L
３、LED光度测量原理 ! H4 L4 G$ q% u$ t' f) q" D/ v
３．１光强度的测量方法
# F( T B1 m% G3 M* Q 把光强标准灯，LED和配有V（λ）滤光片的硅光电二极管安装和调试在光具座上，特别是严格地调灯丝位置，LED发光部位及接受面位置。' M* @! x! i# p+ y, b' ?0 K# n% Z
先用光强标准灯校准硅光电二极管，Ｃ＝E/S 式中Ｅｓ＝IS/(d2s)
0 F% J! {) m5 I' U/ {9 i ｄｓ是标准灯与接受器之间的距离，Ｉｓ是标准灯的光强度，Ｒｓ是标准灯的响应。
# W' U$ |+ m/ {9 T! t% \ Ｅｓ＝Ｃ•Ｒｔ式中Ｅｔ是被测ＬＥＤ的照度，Ｒｔ是被测ＬＥＤ的响应，则ＬＥＤ的光强度Ｉｔ为：Ｉｔ＝Ｅｔ•d2ｔ式中ｄｔ是LED与接受面之距离。
- ]7 h) W9 @3 H7 b( A$ v 对于LED来讲，其发光面是圆盖形状的，光分布是很特殊的，所以在不同的测量距离下，光强值会变化，偏离距离平方反比定律，即使固定了测量距离，但是由于接受器接受面积不同，其光强值也会变化。因此，为了提高测量精度，应该把测量距离和接受面积大小相对地给予固定为好。例如，测量距离按照GIE推荐采用316ｍｍ，接受器面积固定为10×10ｍｍ。在同一测量距离下，LED转角不同，其光强也相应地有变化，因此为了获得{zj0}值，{zh0}读出{zd0}读数Ｒｔ为佳。 4 c" W$ _" ?9 \% ?
３．２光通量的测量方法
$ e4 ~. H; _. T' U9 s1 r" }% s) { 光通量测量在变角光度计的转台上进行，转台上安转了LED，该转台在其水平面上绕着垂直轴旋转±90度，LED在垂直面上绕着测光轴旋转360度。在水平面上和垂直面上的转角的控制是通过步进马达来实现的。转台在导轨上随意移动，当测量标准灯时，转台应离开导轨。
. k# R5 Z0 B M4 d/ }5 Y* p 测量时大转盘在水平面上绕垂直轴旋转，步进角度为0.9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在旋转，在每一个水平角度下，垂直平面上每隔18°进行一次信号采集，转完360°之后共采集到20个数据，按下式计算总光通量。
: Z6 L* m% M. h" `: N' W! G 如果大盘旋转０°～90°时，小盘转０°～360°即可。但是大盘旋转0°～90°时，有可能ＬＥＤ安装不均匀（不对称）而引起误差，因此{zh0}的解决办法是大盘转－９０°～０°～９０°，小盘仍然转０°～３６０°，把大盘０°～９０°和－９０°～０°两个范围内{jd1}值相等的角度上的照度值取平均值来作为０°～９０°内的值。
% i; {6 R4 _6 ^( l- D LED总光通量测量的第二种方法是积分求法。此方法的优点是简单易行，但测量精度不高。LED的总光通量计算方法如下，先计算离积分球入射窗口（入射窗口面积Ａ）１距离上标准灯（光强值Ｉｓ）进入积分球内的光通量Φｓ，Φｓ＝Ｉｓ•Ａ／Ｉ2 读出接收器上的光电流信号ｉs，然后把LED置于窗口上，读出相应的接收器光电流信号it，则LED的总光通量Φ为： Φt=It/IsΦs•K 式中Ｋ为色修正系数。 K= ３．３ LED的光谱功率分布测量方法：
9 _- u1 @- u1 X/ f p+ v+ M 发光二极管的光谱功率分布测量，目的是掌握LED的光谱特性和色度，再者是为了对已测得的LED的光度量值进行修正。6 j- M% V; S: E: ~
在测量LED光谱功率分布时，应注意以下几点，一个是在与标准光谱辐照度进行比较时由于标准灯的光谱辐强度比LED强得多，为了避免这个问题，{zh0}在标准灯前加一个中性滤光片，使它的光谱辐强度接近于LED。# Q1 O: {7 T, l g1 P1 v; C
LED的光谱宽度很窄，为了准确地描绘LED的光谱分布轮廓，{zh0}采用窄带波长宽度的单色仪进行测量，波长间隔为１ｎｍ为好。# f, n0 Y1 ]: ~& J! z6 F
按下式计算LED的光谱功率分布Ｅｔ。
8 \4 @3 ~" [/ T6 a Etλ=Esλ•Itλ/Isλ " X) W: Y& ~4 X
式中ｉ是标准灯在波长ｉ处的响应；Ｅ是标准灯的光谱功率分布；ｉ是LED在波长λ处的响应。 LED的色坐标计算公式为： x=∫Etλ•xλdλ y=∫Etλ•ydλ z=∫Etλ•ydλ 色坐标为： ｘ＝X/(X+Y+Z) ｙ＝X/(X+Y+Z) 也可计算LED的主波长和色纯度。
7 V$ z8 y* @, L# [( ^0 n! e ４、结束语
) ?2 a4 {; p" |1 Z/ O 目前LED的国家光度标准装置已建立并标定了相当数量的标准LED管，在此过程中我们积累了大量的经验，此后我们将对各级计量部门和全面LED生产单位进行量值传递，统一监督。这将对我国LED的质量水平的提高起到促进作用，也会为国家高科技领域的研究发展从一个方面提供保障。
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