LED光源的視覺亮度與燈具測量的誤差分析

隨著LED芯片封裝技術(shù)的發(fā)展，大功率白光LED照明技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，并以加速度的發(fā)展規(guī)模進(jìn)入了照明實(shí)踐。LED光源的發(fā)光原理和傳統(tǒng)其它光源存在很大的不同，發(fā)出白色的光是我們對(duì)這種光源的第一印象，但這種光與傳統(tǒng)光的優(yōu)劣到底怎樣？下面我從光譜學(xué)角度進(jìn)行一下分析，希望能起到拋磚引玉的作用。

　　1、光是電磁波的一種形式

　　相同照度情況下，LED光源照明環(huán)境比傳統(tǒng)光源照明環(huán)境明亮得多，為何會(huì)有這樣的現(xiàn)象產(chǎn)生?這還得從不同光源的光譜能量分布說起。

　　光是一種電磁波的一種形式，是波長在380nm～760nm之間的電磁波輻射，位于紫外線與紅外線波譜之間的很小一部分。

　　不同波長的光在視覺上形成不同的顏色。一般光源發(fā)出的光往往是由不同波長的電磁波組成，這樣的光稱為多色光;波長單一的光，稱為單色光。自然界中絕大多數(shù)的光源都是多色光，激光。

　　不同的光源體發(fā)出的光具有不同的光譜(即電磁波譜)特性，如鈉燈光譜在長波區(qū)域分布較多，而熒光燈光波在短波區(qū)域分布較多，而LED光源的光譜分布主要在人眼能量反應(yīng)最好的550nm波長鄰近區(qū)域，LED光源是人眼視覺響應(yīng)最好的光源。

下面圖示表明幾種不同的光源發(fā)出的光譜特性。

　　2、人眼對(duì)光波的感受方式

　　不同波長的光進(jìn)入到人眼，刺激眼睛內(nèi)的感光細(xì)胞，通過視神經(jīng)進(jìn)入大腦，形成視覺影像。

　　眼睛內(nèi)的感光細(xì)胞有兩種：一種是能夠感受色彩的錐狀細(xì)胞，錐狀細(xì)胞對(duì)波長550納米的光最敏感。通常要求的亮度至少為每平方米幾個(gè)坎德拉，所以也常稱為明視覺。

　　另一種是不能辨別色彩的桿狀細(xì)胞，桿狀細(xì)胞對(duì)波長為510納米的光最敏感，所需的亮度一般低于每平方米百分之幾坎德拉，所以也常稱為暗視覺。

中間視覺介于上述兩種視覺之間。

　　通過以上的分析，我們可以很容易解釋，為何在夜晚的道路照明中，LED照明條件下，人眼很容易看清對(duì)方的衣服色彩，而在高壓鈉燈照明條件下，辨別行人衣服的色彩很困難。其實(shí)這是因?yàn)長ED光源與高壓鈉燈所發(fā)出的光的光譜特性不同產(chǎn)生的，LED光源光譜分布最為接近人眼的明視覺、暗視覺分布區(qū)域，而高壓鈉燈光譜成分絕大部分在這一區(qū)域之外。

　　3、理想的照度計(jì)應(yīng)具備的條件

　　通常所用的照度測量儀，由于其測光原理的物理性能與人眼有著很大的區(qū)別，所以對(duì)不同波長的光譜能量反應(yīng)與人眼也大為不同。一個(gè)理想的照度計(jì)應(yīng)該具有下列條件：

　　middot;體積小、重量輕﹝Compact Size、Light Weight﹞：照度計(jì)使用的機(jī)會(huì)非常廣泛，運(yùn)用的時(shí)機(jī)也常在不同的場所，所以可攜帶式體積小、重量輕為照度計(jì)的第一先決條件。

　　·準(zhǔn)確度﹝Accuracy﹞：照度計(jì)的價(jià)值好壞，和它的準(zhǔn)確度有絕對(duì)的關(guān)系。當(dāng)然也和它的價(jià)格息息相關(guān)，因此以合理的價(jià)格買個(gè)準(zhǔn)確度較高的照度計(jì)實(shí)有必要，一般以誤差不超過±5%為宜。

　　·色彩補(bǔ)償﹝Color Compensation﹞：光源的種類包羅萬象，有些偏重波長較長的的紅色系高壓燈 ，或波長較短藍(lán)紫色系如Daylight日光燈；也有分布比較平均的如白熾燈泡系列，同一照度計(jì)對(duì)不同的波長其靈敏度可能略有不同，故適度的補(bǔ)償實(shí)屬必要。

　　·余弦補(bǔ)償﹝Cosine Compensation﹞：大家都知道，受照面的亮度與光源的入射角度有關(guān)。相同的道理，在用照度計(jì)做測量時(shí)，感應(yīng)器﹝Sensor﹞與光源入射角度自然會(huì)對(duì)照度計(jì)的讀數(shù)有影響。所以一個(gè)好的照度計(jì)是否有余弦補(bǔ)償?shù)墓δ軐?shí)在不可忽略。

　　通過以上的分析，我們可以得出如下結(jié)論：

　　一個(gè)理想的照度計(jì)對(duì)不同區(qū)段的光波(包括靠近紫外線和紅外線區(qū)域的可見光)幾乎具有相同強(qiáng)度的能量反應(yīng)，與人眼的明視覺、暗視覺特性相差較大。

　　因此可以解釋，LED照明條件下，照度值低于熒光燈照明條件下的照度值，但視覺感覺LED照明條件下的室內(nèi)環(huán)境要比熒光燈照明條件下明亮得多。

　　在同等視覺亮度的環(huán)境中，高壓鈉燈下的照度值大大高于LED光源照明環(huán)境下的照度值，這是因?yàn)楦邏衡c燈有更多的光譜成分位于人眼反應(yīng)最強(qiáng)的明視覺、暗視覺區(qū)域之外，這部分光譜成分具有很高的能量，照度計(jì)很容易測量到它的存在，但因?yàn)閷?duì)人眼卻不太敏感而成為了低效率的光譜成分。

　　高壓鈉燈雖然具有較高的發(fā)光效率，但這部分光譜成分的存在，是高壓鈉燈光源造成能量損失、效率低下的根源。

　　此種解釋同樣適用于高壓鈉燈照明的其他環(huán)境。

　　因此，只有在同一種光源的比較中，可以通過照度計(jì)測量來確定環(huán)境亮度的反應(yīng)。在不同光源的比較中，通過照度儀測量的照度值高低，并不能完全準(zhǔn)確地代表視覺對(duì)環(huán)境亮度的反應(yīng)。