图文解析能源之星LED照明测量标准及检测细节

　　图3 积分球装置之几何架构。(a)为4π架构，灯体放置于球体中心，(b)为2π架构，适用于前射发光型之光源，灯体放置于球体侧面。
　　内部涂层反射率则须达90～98%。积分球内的涂层反射率较高，于量测时可得到较高的讯号，且对于积分球内不均匀的空间响应及固态照明光强度分布变化所引起的误差也可降低。但反射率高时，球体开口尺寸大小对平均反射率的影响就须予以评估。
　　积分球内应装有辅助灯，其作用在于评估灯体自吸收的部分，以得到自吸收因子。档板大小应尽量缩小，但须能防止球体所允许量测最大尺寸灯体的光线直射侦测器。而文件板的放置位置，一般建议为从侦测器算起，介于球半径三分之一至二分之一长度的距离为文件板位置。另外辅助灯也须有档板，作用一样是避免光线直射侦测器。

图4 常见用以校正用之石英钨丝白炽灯

　　测量全光光谱辐射通量的标准灯通常是石英钨丝白炽灯(图4)。它有较宽的连续光谱表现，因此用以校正可见光域的光谱辐射计。对于2π球体，仅需前半面发光的标准灯，作法可将石英钨丝白炽灯，加上反射罩使光线为前射型。对于4π球体，通常使用全向发光的标准灯，但也可用前射标准灯。
　　须注意的重点为标准灯的点灯摆放位置将影响结果，也就是说，如果标准灯送往校正单位进行量测时，其摆放位置为何，在传递至待校正的系统时，标准灯摆放的方式要相同。另外对于待测光源的光型分布与标准灯的光型分布差异大时也会影响量测值，例如，待测光源是窄角光型的分布，但标准灯为全向近乎等量的光型分布，若以此种标准灯进行校正，再量测窄角光型灯源，结果必定差异很大，因此可准备多种光型分布的标准灯进行校正，以量测不同光型分布的待测样品。 以积分球形式量测可搭配两种侦测器，一种为V(λ)亮度计(积分球-亮度计系统)，另一种为光谱辐射计(即光谱仪)(积分球-光谱辐射计系统)。
　　与亮度计共享可量测全光通量
　　积分球-亮度计系统所使用的V(λ)亮度计可用以量测全光通量，但对于亮度计探头上的滤片，其光谱响应S(λ)对人眼的明视觉光谱视效函数V(λ)匹配不佳时，将导致量测上的误差，尤其是固态照明为白光光源时，多以蓝光激发黄色荧光粉产生，在蓝光波段的视效函数匹配不佳时，差异的比例就会加大，图5即说明视效函数匹配问题。亮度计探头的光谱响应与V(λ)曲线不匹配的程度，CIE用来表示f''1，f''1值越小两者间不匹配的程度越小。另外，使用V(λ)亮度计为侦测探头时，无法进行光色特性的量测。

　　图5 白光LED多以蓝光激发黄色荧光粉，在蓝光波段(图中箭号表示)处，亮度计探头的视效函数(虚线表示)响应与CIE V(λ)匹配不佳时，差异的比例就会加大。
　　撘配光谱仪可消除V(λ)失匹配误差
　　由光度量定义，只要测出被测光源的光谱功率分布，再与V(λ)加权积分，就可以求出相对应的光度量，这种测量光谱光度量的方法为分光法。用分光法可以消除探头的V(λ)失匹配和被测光源与标准光源的光谱功率分布不一致所带来的误差。光源的光谱辐射功率分布由光谱辐射计测量，分光法测量光度量的精度主要取决于光谱辐射计的线性动态范围、重复性、光谱波长误差、杂散光和标定误差等。
　　藉由量得的光源光谱辐射功率分布即可进行光色特性数值的计算，包含色度、相对色温及演色性(CRI)。
　　此类系统必须参照一个有校准到全可见光域分光辐射通量标准灯来进行校正。其量测原理为通过与参照标准ΦREF (λ)比较，可得到被测固态照明产品的总分光辐射通量ΦTEST (λ)，关系式如公式(1)。

………………公式(1)

公式(2)中，yTEST (λ)为待测样品在此系统下的光谱辐射计的读值、yREF(λ)为参照标准灯在此系统下的光谱辐射计的读值，α(λ)则为自吸收因子。

………………公式(2)

yaux,TEST (λ)为不点亮待测样品，点亮辅助灯，在此系统下的光谱辐射计的读值；yaux,REF (λ)则为不点亮参照标准灯，点亮辅助灯时，在此系统下的光谱辐射计读值。从测得的ΦTEST (λ)(单位：W/奈米)总分光辐射通量，可使用公式(3)计算总光通量 ΦTEST (单位：流明)。

………………公式(3)

　　欲获得光源光型分布信息　非使用配光曲线量测不可
　　配光曲线量测系统可提供待测光源灯具光强度在空间中的分布，进而透过积分运算得到光通量，此时的光通量可经计算得到全光通量、区域光通量的信息。
　　此系统也可支持较大型灯具量测。配光曲线量测系统须有暗房、良好的环境温度控制及避免空气扰动，尤其对于对温度敏感的固态照明灯具尤其重要。因配光曲线仪为量测空间中各点的光强度值再进行运算，相较于积分球，配光曲线量测系统的量测很耗时，但对于必须得知光源光型分布的情况，就不得不使用此系统来量测。
　　配光曲线量测系统所使用的侦测器与前面所述积分球量测系统一样，可搭配亮度计或光谱辐射计进行量测，于是配光曲线仪-亮度计系统及配光曲线仪-光谱辐射计系统应运而生。LM-79特别要求使用亮度计的f''1须小于3%。不论是哪种系统都是量测灯源各方向的光强度值，再进行积分而得出光通量值。特别的是，若须要得知各角度的颜色分布，如能源之星针对固态照明要求量测各角度的光色差值时，就一定要使用光谱辐射计，才可得知待测灯源的光色特性。