Светодиоды Методы измерения фотометрических характеристик

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ГОСТ Р
8. –
2010
Государственная система обеспечения единства измерений
Светодиоды
Методы измерения фотометрических характеристик
Издание официальное
Москва
Стандартинформ
2010
ГОСТ Р 8.-2010
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом
регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской
Федерации – ГОСТ Р 1.0 - 2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием
«Всероссийский
научно-исследовательский
институт
оптико-
физических измерений» (ФГУП «ВНИИОФИ»)
2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН
в действие Приказом Федерального
агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г.
№ 1046-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется
в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок – в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены)
или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет
опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты
размещаются также в информационной системе общего пользования – на
официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию
и метрологии в сети Интернет
 Стандартинформ, 2010
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания
без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и
метрологии
II
ГОСТ Р 8.-2010
Содержание
1 Область применения ………………………………………………………….
2 Нормативные ссылки ………………………………………………………....
3 Термины, определения и обозначения ………………………………….…...
4 Требования к условиям проведения измерений и оборудованию………….
5 Измерение средней силы света……..…………………………...……………
6 Измерение светового потока…………………………..……….……………..
7 Спектральные измерения……………………………………………………...
8 Определение колориметрических характеристик…………………………...
Библиография…………………………………………………………………….
III
ГОСТ Р 8.-2010
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственная система обеспечения единства измерений
Светодиоды
Методы измерения фотометрических характеристик
State system for ensuring the uniformity of measurements.
LED. Methods of photometric measurements.
Дата введения 2011- 1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт распространяется на светоизлучающие диоды
(далее – светодиоды) и устанавливает методы измерения их фотометрических характеристик.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 8.023-2003 Государственная система обеспечения единства
измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучений
ГОСТ 7601-78 Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения
и определения основных величин
ГОСТ 26148-84 Фотометрия. Термины и определения
ГОСТ 8.195-89 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности в
диапазоне длин волн от 0,25 до 25,00 мкм; силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,2 до 25,0 мкм
Издание официальное
4
ГОСТ Р 8.-2010
Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования
– на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и
метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен),
то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим
(измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту
ссылку.
3 ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
В настоящем стандарте применены термины и обозначения по ГОСТ
7601, ГОСТ 26148 и рекомендациям [1], а также следующие термины с соответствующими определениями и обозначениями:
3.1 фотометрия: Наука об изучении и измерении параметров и характеристик переноса энергии оптического излучения.
3.2 фотометрическая величина X: Аддитивная физическая величина,
определяющая временное, пространственное, спектральное распределение
энергии оптического излучения и свойств веществ, сред и тел как переносчиков или приемников энергии.
3.3 характеристика спектральной чувствительности S(λ): Чувствительность фотометрической головки как функция длины волны.
3.4 фотометр: Средство измерений фотометрических величин.
3.5 гониофотометр: Устройство для измерения силы света источника
(или освещенности от источника света на данном расстоянии) в разных
направлениях от источника.
3.6 средняя сила света светодиода: Средняя сила излучения светодиода, учитывающая различную интенсивность излучения элементов свето-
5
ГОСТ Р 8.-2010
диода.
3.7 частичный поток излучения светодиода  част
: Поток, исходящий
сд
от светодиода и распространяющийся в пределах конического угла х0 (с
центром в механической оси светодиода), который определяется по круглой диафрагме и расстоянию, измеренному от конца светодиода.
3.8 доминирующая длина волны: Длина волны монохроматического
излучения, которая при аддитивном смешивании со стандартизованным
ахроматическим излучением дает цветовое равенство с рассматриваемым
цветным излучением.
4 ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И
ОБОРУДОВАНИЮ
4.1 Условия измерений
При выполнении измерений соблюдают следующие условия:
- температура окружающего воздуха – 25 ± 2 0С;
- относительная влажность – (65 ± 20) %;
- атмосферное давление – (101 ±4) кПа;
- напряжение питающей сети – (220 ± 22) В.
Измерения характеристик светодиодов проводятся с использованием
источника питания постоянного тока в условиях установившегося температурного равновесия.
4.2 Требования к светодиодам
Эталонный светодиод, смонтированный в специально сконструированном корпусе, должен быть светодиодом, типичным для испытываемого типа. Светодиод должен быть предварительно отобран и отожжен в течение
500 часов или более при номинальных значениях электрических параметров (стабилизация по току и контроль напряжения).
Корпус эталонного светодиода должен иметь систему контроля температуры и возможность постоянной регулировки тока для обеспечения постоянной оптической выходной мощности.
6
ГОСТ Р 8.-2010
Оптическая и геометрическая оси светодиода должны совпадать
(рис.1).
Механическая
Оптическая
Рисунок 1. Светодиод, механическая и оптическая оси которого указывают в разных направлениях
4.3 Требования к фотометрам
Фотометр или радиометр для контроля светодиодов обычно состоит из
детектора, фильтра, входной диафрагмы и электронной цепи для усиления
и измерения выходного сигнала детектора.
4.3.1 Детекторы
Кремниевые фотодиоды обычно используются для создания фотометров и радиометров для контроля светодиодов. Кремниевые фотодиоды
чувствительны от УФ-диапазона до ближней ИК-области примерно до
1100 нм при пике чувствительности примерно 900 нм. Кремниевые фотодиоды обычно имеют линейную характеристику в нескольких декадных
полосах частот входного потока излучения и имеют практически пренебрежительную температурную зависимость чувствительности в видимой
области. Обратите внимание, что фильтры имеют более высокую температурную зависимость светопроницаемости.
4.3.2 Угловая и пространственная чувствительность фотометров/радиометров
Фотометр и радиометр для измерения средней силы света/излучения
светодиода не требуют косинусоидальной характеристики, так как свет падает под малым углом. Они должны иметь постоянную чувствительность
7
ГОСТ Р 8.-2010
только в диапазоне углов, под которыми излучение от испытываемого светодиода может падать на фотометр или радиометр. Поэтому для измерения
интенсивности на передней поверхности фотометра или радиометра косинусная корректировка обычно не требуется, но для реализации светочувствительной области большей, чем светочувствительная область детектора, можно использовать светорассеиватель (Необходимо заметить, что при
малом расстоянии до источника требуется значительно больший размер
светочувствительной области детектора, чем передняя диафрагма фотометра). С другой стороны, фотометр/радиометр, используемый с фотометрическим шаром для измерения силы света или потока излучения, требует
хорошей косинусоидальной корректировки.
Для измерения «Средней силы излучения светодиода» (см. раздел
4.3) чувствительность на входной диафрагме фотометра/радиометра должна быть постоянна, чтобы обеспечить измерение с одинаковым значением
всего излучения, достигающего входной диафрагмы. Некоторые светодиоды имеют малый угол луча или неравномерное распределение силы излучения, что может создавать неравномерное распределение освещенности в
диафрагме. Если чувствительность на входной диафрагме непостоянна, это
может привести для таких светодиодов к значительным ошибкам в измеренной средней силе излучения светодиода, и особенно – в геометрии CIEB. Фотометр с хорошим пространственным постоянством часто можно
сделать при использовании фотометра недиффузорного типа (CIE. to published a) (требуется фотодиод большой площади) или при использовании
небольшого фотометрического шара в качестве входной оптики. Светорассеиватели (например, опаловое стекло) также часто используются для этих
целей, в частности, когда необходимо использовать более мелкие фотодиоды. Обычно более трудно достичь хорошей пространственной однородности при использовании светорассеивателя. Тщательная разработка и вы-
8
ГОСТ Р 8.-2010
бор материала светорассеивателя необходимы для достижения достаточно
хорошей пространственной однородности.
4.3.3 Спектральная чувствительность фотометров/радиометров
Спектральная чувствительность s(λ) фотометра/радиометра может быть
выражена абсолютным коэффициентом s0 и относительной функцией sr(λ),
причем
s(λ) = s0 . sr(λ)
Рекомендации по процедуре определения спектральной чувствительности
детекторов оптического излучения имеются в списке литературы (CIE,
1984a)
Если детектор облучается излучением со спектральным распределением X(λ), фототок i можно рассчитать по формуле

i  X 0 so  sr S ( )d ( )
0
Где X(λ) = X0 • S(λ), где X(λ) – коэффициент нормализации, а S(λ) –
относительное спектральное распределение. X(λ) представляет либо фотометрическое, либо радиометрическое измеряемое свойство.
Относительная спектральная чувствительность фотометра должна
быть как можно ближе к V(λ), функции спектральной световой эффективности CIE для фотопического зрения (CIE, 1983).
Относительная спектральная чувствительность радиометра должна
быть как можно более ровной в определенной области спектра.
4.3.3.1 Фотометр для контроля белых светодиодов
Серийные фотометры обычно классифицируются по их числу f1' (CIE,
1987b). Число f1' рекомендовано для контроля белых светодиодов. Если
коррекция спектрального несоответствия используется не всегда (как опи-
9
ГОСТ Р 8.-2010
сано в разделе 5 2), рекомендуется для контроля белых светодиодов использовать фотометр со значением f1' < 3,0 %. Число f1' определяется как
Где s*(λ)ref – нормализованная относительная спектральная чувствительность детектора:
S(λ)A – относительное спектральное распределение стандартного источника
света A CIE. Последнее включено для учета того факта, что фотометры
обычно калибруются с использованием лампы накаливания с вольфрамовой нитью, настроенной на температуру распределения стандартного источника света A CIE. Ошибки для белых светодиодов будут сведены к минимуму, если число f1' мало, но погрешность все равно необходимо оценивать надлежащим образом.
Если фотометры, используемые для контроля светодиодов, не соответствуют этим рекомендациям по f1', использование таких фотометров
должно быть ограничено строгой подменой (сравнением одного типа стандартных и испытываемых светодиодов одинакового цвета), или такие фотометры должны давать индивидуально измеряемые данные по спектральной чувствительности так, чтобы можно было применить коррекцию спектрального несоответствия (см. раздел 5.2).
4.3.3.2 Фотометр для контроля цветных (не белых) светодиодов
В случае одноцветных светодиодов ошибки спектрального несоответствия
могут быть большими, даже если число f1' достаточно мало, из-за того, что
некоторые спектры светодиодов достигают пика на концах функции Vλ,
10
ГОСТ Р 8.-2010
где отклонение отказывает небольшое воздействие на f1', но может вызвать
серьезные ошибки.
Определение лучшего и более полезного числа для соответствия
функции V(λ) для светодиодов не входит в задачи этого отчета [По предварительным результатам можно заключить, что одного числа типа f1' недостаточно для оценки точности фотометров при контроле всех типов цветных светодиодов. Вместо этого может потребоваться четыре числа (Csuti et
al., to be published)].
Для фотометров при контроле одноцветных светодиодов рекомендуется предоставление относительной спектральной чувствительности фотометра с примерами, как применять коррекцию ошибок спектрального
несоответствия и как оценивать погрешности измерения измеряемых фотометрических свойств данного цветного светодиода.
4.4. СВОЙСТВА, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ
ОТНОШЕНИЯ
4.4.1 Коэффициент нормализации и относительное пространственное распределение
В целом, сила света I(θ,ϕ) зависит от направления (θ,ϕ), и эта зависимость
называется пространственным распределением силы излучения. Необходимо заметить, что измерения силы света, включая необходимые для составления пространственного распределения, должны производиться на
очень малом элементе объемного угла dΩ, а для этого требуется детектор,
в котором диаметр входной диафрагмы и диаметр источника малы по
сравнению с расстоянием до источника. Если абсолютное значение силы
I(θ,ϕ) измеряется в конкретном начальном направлении, соответствующем
θ = θ0 и ϕ= ϕ0 и обозначается как I00 = 1(θ0,ϕ0), то его можно использовать как коэффициент нормализации и определенное относительное про-
11
ГОСТ Р 8.-2010
странственное распределение силы излучения G(θ,ϕ). Пространственное
распределение силы излучения I(θ,ϕ) можно выразить как
I(θ,ϕ ) = I00 . G(θ,ϕ)
Что можно переписать как
Для пространственного распределения силы излучения нет зависимости от угла ϕ при углах θ = 0 и θ = π. Соответственно, значение в направлении θ =0 является наиболее предпочтительным для нормализации, делая
I00 = 1(θ=0).
Наиболее простая форма функции G(θ,ϕ)
G(θ ) = G
где G – константа. Здесь представлено сферическое пространственное распределение полностью изотропного точечного источника.
Еще одно пространственное распределение, которое просто выражается математическим путем, – ламбертовское распределение. При угле θ,
измеряемом между рассматриваемым направлением и перпендикуляром к
поверхности, пространственное распределение для всех значений θ дается
формулой
12
ГОСТ Р 8.-2010
Где диапазон углов ограничен полусферой с 0 < θ < π/2. Такое пространственное распределение обычно используется как эталон.
Невозможно выразить наиболее практические пространственные
распределения через простые математические функции, но симметричные
пространственные распределения часто характеризуются указанием углов,
при значениях 50% и 10% от максимального. Необходимо отметить, что
для кривых сложной формы распределения силы излучения может быть
более чем один угол, который дает значение 50% или 10%. Если используется этот метод, рекомендуется, чтобы указывались первые углы для таких
значений силы излучения, начинающиеся с 0° (при измерении от направления механической оси).
Большая часть светодиодов предназначена для обеспечения распределения с максимальной силой излучения в направлении θ =0, но это не
всегда так, и для некоторых светодиодов конструкция предусматривает
значительно более низкое значение в направлении геометрической оси,
чем для некоторых, отклоняющихся от оси углов. Один из примеров на
рис. 1 иллюстрирует этот эффект.
Иногда из-за производственных допусков, даже если светодиод установлен в цилиндрическом корпусе, механическая ось корпуса (которая используется для центрирования светодиода в измерительном аппарате) и
оптическая ось (которая является осью вращательной симметрии пространственного распределения) могут иметь немного разные направления.
Процедура измерения должна учитывать влияние, которое данный факт
может иметь на результаты.
4.5 Требования к фотометрическим шарам
Следует использовать фотометрические шары диаметром не менее 200
мм. Отражение внутреннего покрытия должно быть от 90% до 98%, для
измерения частичного светового потока – от 95% до 98% в диапазоне длин
волн от 360 нм до 800 нм.
13
ГОСТ Р 8.-2010
5 ИЗМЕРЕНИЕ СРЕДНЕЙ СИЛЫ СВЕТА
5.1 Оптическая схема
Для измерений средней силы света используют оптические схемы А и
В (рис 2). Для схемы А расстояние l = 0,316 м, для схемы В l = 0,100 м.
Светодиод
Детектор
Круглая диафрагма
площадью 100 мм2
Фильтр
l
Рис. 2 Схема стандартных условий А и В для измерения средней силы
света светодиода. l - расстояние между светодиодом и плоскостью входной
диафрагмы детектора, м.
Светодиод должен центрироваться так, чтобы механическая ось светодиода проходила через центр диафрагмы детектора.
В обеих оптических схемах используется детектор с круглой входной
диафрагмой площадью 100 мм2.
5.2 Методы измерения
5.2.1 Метод сравнения
Средняя сила света светодиода измеряется методом сравнения с эталонным светодиодом такого же типа (с аналогичным спектральным распределением и пространственным распределением силы света).
Эталонный светодиод должен быть калиброван по той же геометрической схеме (A или B), которая используется для калибруемого светодиода.
Средняя сила света светодиода Iсд вычисляется по формуле:
I сд 
14
R 0
I сд
R0
ГОСТ Р 8.-2010
где I сд0 и Iсд – средняя сила света эталонного и калибруемого светодиодов соответственно. R0 и R – сигналы фотометра для эталонного и калибруемого светодиодов соответственно.
5.2.2 Метод калибровки светодиода по фотометру
Фотометр для определения средней силы света светодиода должен
быть калиброван по коэффициенту преобразования по спектру эталонного
источника типа A на расстоянии, соответствующем оптической схеме A
или оптической схеме B. Относительная спектральная чувствительность
фотометрической головки и относительные спектральные распределения
мощности излучения светодиодов должны быть известны.
Фотометр помещается на точное расстояние l (в соответствии со схемой A или B). Среднюю силу света светодиода определяют по формуле:
I сд  F  l 2 
R
S сд
где R – сигнал фотометрической головки, Sсд – коэффициент преобразования фотометрической головки для соответствующей оптической схемы (A или B), F – коэффициент поправки на спектральное несоответствие,
определяемый по формуле:
F
  ( )V ( )d    ( )S
  ( )V ( )d   ( )S
сд
0
фг
( )d
0
сд
фг
( )d
где сд(λ) – относительное спектральное распределение калибруемого
светодиода; 0(λ) – относительное спектральное распределение эталонного
светодиода; Sфг(λ) – относительная спектральная чувствительность фотометрической головки; V(λ) – относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения [7].
5.2.3 Метод коррекции спектрального несоответствия
Метод используется для измерений средней силы света светодиодов
любого цвета.
Головка фотометра калибруется с помощью стандартных светодиодов
15
ГОСТ Р 8.-2010
определенного цвета. Средняя сила света светодиодов любых других цветов определяется с использованием коррекции спектрального несоответствия следующим образом:
I сд  F 
R 0
I сд
R0
где I сд0 и Iсд – средняя сила света эталонного и калибруемого светодиодов соответственно, R0 и R – сигналы фотометра для эталонного и калибруемого светодиодов соответственно, F – коэффициент поправки на спектральное несоответствие.
6 ИЗМЕРЕНИЕ СВЕТОВОГО ПОТОКА
Для измерения полного светового потока светодиода используются
гониофотометры или фотометрические шары. Для измерения частичного
светового потока светодиода используются фотометрические шары.
6.1 Гониофотометрический метод
Фотометрическая головка гониофотометра должна соответствовать
требованиям, указанным в разделах 4.3 и 5.2.2.
Гониофотометр должен быть экранирован от окружающего света и от
отраженного света в пределах прибора.
Диапазон углового сканирования должен охватывать весь телесный
угол, в котором испытываемый светодиод испускает свет.
Расстояние между фотометром и калибруемым светодиодом должно
быть не менее 300 мм. Если гониофотометр также предназначен для измерения средней силы света светодиода, расстояние l должно быть 100 мм
для схемы А и 316 мм для схемы В.
При измерении пространственного распределения силы света I(θ,Φ) светодиода полный световой поток определяется из формулы:
2


  I ( , ) sin dd
 0  0
При измерении пространственного распределения освещенности E(θ,Φ)
16
ГОСТ Р 8.-2010
по воображаемой сферической поверхности с радиусом r полный световой
поток определяется из формулы:
  r2 
2


 0  0
E ( ,  ) sin dd
,
где r – расстояние от исследуемого образца до фотометра.
6.2 Метод фотометрических шаров
6.2.1 Измерение полного светового потока
Полный световой поток светодиода измеряется методом сравнения с
эталонным светодиодом такого же типа (с аналогичным спектральным
распределением), калиброванным по полному световому потоку.
Оптические схемы шаров для измерения полного светового потока светодиодов представлены на рис. 3.
Фотометрическая головка
с косинусоидальной
коррекцией
Фотометрическая головка
с косинусоидальной
коррекцией
Перегородка
Перегородка
Испытываемый
светодиод
Эталонный
светодиод
Вспомогательный
светодиод
Испытываемый
светодиод
Эталонный
светодиод
а
Вспомогательный
светодиод
б
Рис. 3 Оптические схемы шаров для полного светового потока светодиодов. (a) – для светодиодов, у которых присутствует обратное излучение, (б) – для светодиодов без обратного излучения.
Фотометрическая головка должна иметь хорошую косинусную характеристику и хорошее соответствие V(λ).
6.2.2 Измерение частичного светового потока
Частичный световой поток светодиода измеряется методом сравнения с
эталонным светодиодом такого же типа (с аналогичным спектральным
17
ГОСТ Р 8.-2010
распределением).
Для измерения частичного светового потока светодиода используется
шар с фотометром согласно оптической схеме на рис. 4.
Шар имеет отверстие, к которому прикреплена прецизионная диафрагма (диаметром 50 мм). Плоскость диафрагмы должна быть расположена на
одном уровне с внутренней поверхностью шара. Расстояние l от конца светодиода до плоскости диафрагмы определяется для полного конического
угла х° по формуле:
l
25
x
tg
2
Светодиод и отверстие шара должны быть экранированы от окружающего света.
Фотометрическая головка
с косинусоидальной
коррекцией
l
Испытываемый
светодиод
Перегородка
50 мм
Прецизионная
диафрагма
Эталонный
светодиод
Вспомогательный
светодиод
Рис. 4. Оптическая схема шара для измерения частичного светового
потока светодиода
6.2.3 Поправка на спектральное несоответствие
Фотометр калибруется с помощью стандартных светодиодов опреде-
18
ГОСТ Р 8.-2010
ленного цвета, затем измеряются светодиоды любого цвета с применением
коррекции спектрального несоответствия.
Коэффициент коррекции спектрального несоответствия определяется
по формуле:
F


сд
( )V ( )d
0
( )V ( )d



0
( ) S сф ( )  Tсф ( )d
сд
( ) S сф ( )  Tсф ( )d
где сд(λ) – относительное спектральное распределение калибруемого
светодиода; 0(λ) – относительное спектральное распределение эталонного
светодиода; Tсф(λ) – спектральный коэффициент пропускная фотометрического шара; V(λ) – относительная спектральная световая эффективность
монохроматического излучения для дневного зрения.
7 СПЕКТРАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Для спектральных измерений светодиодов должна быть использована
полоса пропускания не более 5 нм.
Интервал сканирования должен быть не более 2,5 нм.
Результаты измерений должны проверяться измерением стандартных
светодиодов разных цветов.
7.1 Режим облучения
Измеряется излучение от светодиода, распространяющееся в одном
направлении в пределах малого объемного угла.
Спектрорадиометр калибруется с помощью стандартной лампы спектрального облучения (обычно квази-галогеновой лампой с вольфрамовой
нитью). Для калибровки используется фотометрический шар диаметром 50
мм или светорассеиватель. Излучение от стандартной лампы и испытываемого светодиода должно попадать в спектрорадиометр с одинаковым
пространственным и угловым распределением и одинаковыми условиями
поляризации.
7.1.1 Измерение средней силы света светодиода
19
ГОСТ Р 8.-2010
Спектрорадиометр в режиме облучения должен быть настроен по оптической схеме А или В (см. раздел 5.1.) и калиброван по абсолютному
спектральному облучению. Измеряется абсолютное спектральное облучение Е(λ) светодиода. Средняя сила света светодиода Iсд вычисляется по
формуле:
I сд  l 2 683 E ( )V ( )d;

где l - расстояние между светодиодом и плоскостью входной диафрагмы спектрорадиометра, м; V(λ) – относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения.
7.2 Режим полного светового потока
Измеряется среднее спектральное пространственное распределение
светодиода. Оптическая схема измерений представлена на рис. 5.
Спектрорадиометр
Косинуснаякоррекци
я
Перегородка
Испытываемый светодиод
Стандартная лампа
полного потока
спектрального излучения
Вспомогательная
лампа
Рис. 5. Оптическая схема измерений в режиме полного потока.
Система (спетрорадиометр + шар) калибруется с помощью стандартной лампы полного потока спектрального излучения (как правило, лампа
накаливания с вольфрамовой нитью). Спектральный поток пространственно интегрируется по всему телесному углу.
7.2.1 Измерение полного светового потока
20
ГОСТ Р 8.-2010
Измеряется абсолютный спектральный поток светодиода (λ). Полный
световой поток ΦV вычисляется по формуле:
V  683 ( )V ( )d

где V(λ) – относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения.
7.3 Режим частичного светового потока
Оптическая схема измерений представлена на рис. 6.
Спектрорадиометр
Косинуснаякоррекци
я
l
Перегородка
Испытываемый
светодиод
Стандартная лампа
спектрального
излучения
Вспомогательная
лампа
Рис. 6. Оптическая схема измерений в режиме частичного светового
потока
Система (спетрорадиометр + шар) калибруется по абсолютному потоку
спектрального излучения с помощью стандартной лампы спектрального
излучения.
Если площадь диафрагмы А известна, абсолютный поток спектрального излучения Φабс (λ), поступивший в шар, вычисляется по формуле:
 абс ( )  k a  A  E ( )
где E(λ) – спектральная плотность энергетической освещенности
(СПЭО); ka – поправочный коэффициент для среднего значения (СПЭО) на
отверстии шара относительно площади, по которой калибруется излучение
21
ГОСТ Р 8.-2010
от лампы.
7.3.1 Измерение частичного светового потока
Измеряется частичный поток спектрального излучения светодиода
 част
 част
вычисляется по
сд
сд ( ) . Частичный поток излучения светодиода
формуле:
 част
 683  част
сд
сд ( )V ( )d ,

где V(λ) – относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения.
8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Цвет света, излучаемого светодиодом, определяется координатами
цветности, которые могут быть получены следующими способами:
- расчетом из спектрального распределения мощности;
- определением доминирующей длины волны;
- определением характеристик монохроматичности.
8.1 Расчет цветовых характеристик из спектрального распределения мощности
Каждый цветовой оттенок, характеризующийся спектральной плотностью мощности излучения Р(), можно выразить набором трех параметров:
где X, Y и Z - значения трёх основных цветов, соответствующие возбуждению (т.е. мощности) каждой из составляющих трех основных цветов
(красного, зеленого и синего), необходимых для получения излучения цвета Р(). Значения X, Y и Z указывают на количество красного, зеленого и
22
ГОСТ Р 8.-2010
синего цвета в спектре Р().
На практике удобнее использовать координаты цветности (х, у), которые рассчитываются по формулам:
Отсюда видно, что значение координаты цветности определяет степень возбуждения одной из групп цветовых рецепторов, деленную на нормированное суммарное возбуждение (X+Y+Z). Значение координаты z вычисляется при помощи аналогичного выражения:
8.2 Определение доминирующей длины волны
Доминирующей длиной волны калибруемого светодиода считается
длина волны монохроматического излучения, расположенная на краю цветовой диаграммы на самом коротком расстоянии от точки с координатами
цветности источника. Для определения доминирующей длины волны проводят прямую линию к краю диаграммы, проходящую через точку равной
энергии (х = 0,3333, у = 0,3333) источника белого света и точку с координатами цветности (х, у), соответствующими калибруемому источнику света. Точка пересечения этой прямой с внешней границей цветовой диаграммы и будет определять доминирующую длину волны источника.
23
ГОСТ Р 8.-2010
Рисунок 7. Цветовая диаграмма МКО 1931, в центре показана точка
равной энергии (N) с координатами (1/3, 1/3), С – точка с координатами
цветности исследуемого источника, D – точка на границе цветовой
диаграммы, указывающая доминирующую длину волны.
8.3 Чистота цвета
Монохроматические источники (→0) располагаются по периметру
цветовой диаграммы, а при увеличении ширины спектральной линии источника, положение цвета на диаграмме смещается в сторону центра. Если
ширина спектра излучения становится сравнима с шириной всего видимого диапазона, источник считается источником белого света, который располагается вблизи центра цветовой диаграммы.
8.4 Определение характеристик монохроматичности
Характеристикой монохроматичности является условная чистота цвета
светодиода p, которая определяется следующими формулами:
24
ГОСТ Р 8.-2010
p
x  xn
y  yn
или p 
xd  xn
yd  yn
где x и y – координаты цветности рассматриваемого излучения; xn и yn координаты цветности ахроматического излучения; xd и yd - координаты
цветности доминирующей длины волны.
Библиография
[1]
Рекомендации
Государственная система обеспечения
по
межгосудар- единства измерений. Метрология. Основственной стандарти- ные термины и определения
зации
РМГ 29-99
[2]
Рекомендации Меж- Основы физической фотометрии
дународной комиссии по освещению
(МКО)
Публикация
№ 8.2
[3]
Рекомендации Меж- Методы исследований радиометров и фодународной комис- тометров
сии по освещению
(МКО)
Публикация
№ 53
[4]
Рекомендации Меж- Методы исследований характеристик
дународной комис- люксметров и яркомеров
сии по освещению
(МКО)
Публикация
№ 69
[5]
Рекомендации Меж- Измерение светового потока
дународной комиссии по освещению
(МКО)
Публикация
№ 84
[6]
Рекомендации Меж- Определение спектральной чувствительдународной комис- ности детекторов оптического излучения
25
ГОСТ Р 8.-2010
сии по освещению
(МКО)
Публикация
№ 64
[7]
26
ГОСТ 8.332
Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для
дневного зрения
ГОСТ Р 8.-2010
УДК
МКС
Т
ОКСТУ
Ключевые слова: светодиод, средняя сила света, освещенность, световой
поток, частичный световой поток.
27