LED光源的视觉亮度与灯具测量的误差分析

        随着LED芯片封装技术的发展，大功率白光LED照明技术已经日趋成熟，并以加速度的发展规模进入了照明实践。LED光源的发光原理和传统其它光源存在很大的不同，发出白色的光是我们对这种光源的第一印象，但这种光与传统光的优劣到底怎样？下面我从光谱学角度进行一下分析，希望能起到抛砖引玉的作用。

　　1、光是电磁波的一种形式

　　相同照度情况下，LED光源照明环境比传统光源照明环境明亮得多，为何会有这样的现象产生?这还得从不同光源的光谱能量分布说起。

　　光是一种电磁波的一种形式，是波长在380nm～760nm之间的电磁波辐射，位于紫外线与红外线波谱之间的很小一部分。

　　不同波长的光在视觉上形成不同的颜色。一般光源发出的光往往是由不同波长的电磁波组成，这样的光称为多色光;波长单一的光，称为单色光。自然界中绝大多数的光源都是多色光，激光。

　　不同的光源体发出的光具有不同的光谱(即电磁波谱)特性，如钠灯光谱在长波区域分布较多，而荧光灯光波在短波区域分布较多，而LED光源的光谱分布主要在人眼能量反应最好的550nm波长邻近区域，LED光源是人眼视觉响应最好的光源。

        下面图示表明几种不同的光源发出的光谱特性。

　　2、人眼对光波的感受方式

　　不同波长的光进入到人眼，刺激眼睛内的感光细胞，通过视神经进入大脑，形成视觉影像。

　　眼睛内的感光细胞有两种：一种是能够感受色彩的锥状细胞，锥状细胞对波长550纳米的光最敏感。通常要求的亮度至少为每平方米几个坎德拉，所以也常称为明视觉。

　　另一种是不能辨别色彩的杆状细胞，杆状细胞对波长为510纳米的光最敏感，所需的亮度一般低于每平方米百分之几坎德拉，所以也常称为暗视觉。

        中间视觉介于上述两种视觉之间。

　　通过以上的分析，我们可以很容易解释，为何在夜晚的道路照明中，LED照明条件下，人眼很容易看清对方的衣服色彩，而在高压钠灯照明条件下，辨别行人衣服的色彩很困难。其实这是因为LED光源与高压钠灯所发出的光的光谱特性不同产生的，LED光源光谱分布最为接近人眼的明视觉、暗视觉分布区域，而高压钠灯光谱成分绝大部分在这一区域之外。

　　3、理想的照度计应具备的条件

　　通常所用的照度测量仪，由于其测光原理的物理性能与人眼有着很大的区别，所以对不同波长的光谱能量反应与人眼也大为不同。一个理想的照度计应该具有下列条件：

　　·体积小、重量轻﹝Compact Size、Light Weight﹞：照度计使用的机会非常广泛，运用的时机也常在不同的场所，所以可携带式体积小、重量轻为照度计的第一先决条件。

　　·准确度﹝Accuracy﹞：照度计的价值好坏，和它的准确度有绝对的关系。当然也和它的价格息息相关，因此以合理的价格买个准确度较高的照度计实有必要，一般以误差不超过±5%为宜。

　　·色彩补偿﹝Color Compensation﹞：光源的种类包罗万象，有些偏重波长较长的的红色系高压灯 ，或波长较短蓝紫色系如Daylight日光灯；也有分布比较平均的如白炽灯泡系列，同一照度计对不同的波长其灵敏度可能略有不同，故适度的补偿实属必要。

　　·余弦补偿﹝Cosine Compensation﹞：大家都知道，受照面的亮度与光源的入射角度有关。相同的道理，在用照度计做测量时，感应器﹝Sensor﹞与光源入射角度自然会对照度计的读数有影响。所以一个好的照度计是否有余弦补偿的功能实在不可忽略。

　　通过以上的分析，我们可以得出如下结论：

　　一个理想的照度计对不同区段的光波(包括靠近紫外线和红外线区域的可见光)几乎具有相同强度的能量反应，与人眼的明视觉、暗视觉特性相差较大。

　　因此可以解释，LED照明条件下，照度值低于荧光灯照明条件下的照度值，但视觉感觉LED照明条件下的室内环境要比荧光灯照明条件下明亮得多。

　　在同等视觉亮度的环境中，高压钠灯下的照度值大大高于LED光源照明环境下的照度值，这是因为高压钠灯有更多的光谱成分位于人眼反应最强的明视觉、暗视觉区域之外，这部分光谱成分具有很高的能量，照度计很容易测量到它的存在，但因为对人眼却不太敏感而成为了低效率的光谱成分。

　　高压钠灯虽然具有较高的发光效率，但这部分光谱成分的存在，是高压钠灯光源造成能量损失、效率低下的根源。

　　此种解释同样适用于高压钠灯照明的其他环境。

　　因此，只有在同一种光源的比较中，可以通过照度计测量来确定环境亮度的反应。在不同光源的比较中，通过照度仪测量的照度值高低，并不能完全准确地代表视觉对环境亮度的反应。