車用不同光束角燈具的光通量測試技術探討

李海濤，王永春，康 樂

（中檢西部檢測有限公司,陜西 西安 710032）

測試照明燈具光度和顏色參數的方法有相對法測試和絕對法測試兩種。相對法測試使用積分球測試系統完成，絕對法測試使用分布光度計 （測角光度計）測試系統完成。兩種設備的測試原理不同，對實驗條件和設備要求也不相同［1-3］。

積分球進行測試時，要求積分的內表面為一個完整的幾何球面且內表面半徑處處相等，球內壁是中性均勻的漫反射面，在可見光范圍內對各種波長的光有相同的漫反射率，球內沒有任何物體，測試中，內表面各點的照度相等［4］。系統定標用4π面發光的燈絲燈泡完成，而被測燈具光度分布類型及外形尺寸種類繁多，當燈具形狀尺寸不同于標準燈的，必進行自吸收系數校正。對于被測燈光度分布不同于標準燈，目前沒有相關的修正措施。

分布光度計進行測量時，要求分布光度計的光度探測器到燈具光度中心的距離不應小于燈具出光口面最大尺寸的15倍，對于窄光束燈具15倍測試距離也是不夠的。在整個測試空間內無雜散光干涉，雜散光包括非分布光度計反射鏡反射后進入光度探測器的光，以及外界光源產生并進入光度探測器的光［5］?？偣馔客ㄟ^環帶光通量疊加得到，測試結果容易受到測試角度間隔的影響，尤其是窄光束燈具，因為窄光束燈具光強分區曲線陡峭。

研究分布光度計和積分球系統測試光通量的方法，用12只樣品進行實驗，它們的光束角分別是10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°和120°，樣品的編號分別為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#和12#。光束角定義為經過燈具光束軸線的發光平面的兩條給定直線之間的夾角，這兩條直線分別通過燈的正面中心和發光強度為中心光強50%的發光點。為了避免線路功率損耗，所選燈具都是直流供電，通過額定電流點亮燈具。

1 分布光度計測試光通量

實驗采用立式分布光度計進行，系統通過十字激光對準后，燈具的光度中心與分布光度計轉臺旋轉中心重合，燈具光度中心距離光度探頭的距離為2.50 m，滿足分布光度計測試距離的要求。實驗室環境溫度為25.0℃，環境相對濕度為33.7%，實驗室無雜散光忽略。燈具穩定時間為2 h，穩定期間每15 min測量一次光通量和電功率， 30 min內測得的各3個讀數值的差異 （最大－最?。┬∮?個讀數平均值的0.5%。達到穩定要求后進行光通量測試。分布光度計測試光通量在圖1所示的虛擬球面對照度積分完成，測試系統是C-γ系統，分別改變C和γ的間隔進行實驗。

按標準要求，分布光度計設備C平面選擇的角度間隔分別是2.5°，5.0°、10.0°、15.0°和30.0°，γ選擇的角度間隔分別為0.5°、1.0°和2.0°。表1為兩款燈具在C平面測試間隔為5.0°情況下改變γ角度得到的光通量值。表2為γ為1.0°改變C測試角度間隔得到的光通量測試值。

圖1 光通量計算原理示意圖

理論上測試角度間隔越小測試數據越真實可靠，但是測試間隔越小耗費時間越長，設備也不可能達到無窮小測試間隔。從表1、表2可以看出測試結果受被測燈具光束角及測試角度間隔的影響，只有合理地選擇測試角度間隔才能得到準確的光通量值，對光束角小于30°的燈具，C角度間隔不應大于5°，γ角度間隔不應大于1°；對光束角大于30°小于60°的燈具，C角度間隔不應大于10°，γ角度間隔不應大于1°；對光束角大于60°燈具，γ在2°范圍內不會對測量結果造成影響，但是只要燈具光束角小于120°，C間隔就不能大于10°，否則會對測試結果產生影響。

2 積分球測試光通量

實驗采用2 m恒溫積分球進行，積分球內的溫度控制在25.0℃，相對濕度為33.7%，燈具穩定時間為2 h，穩定期間每15 min測量一次光通量和電功率，30 min內測得的各3個讀數值的差異 （最大-最?。┬∮?個讀數平均值的0.5%。達到穩定要求后進行光通量測試。積分球的光度測試探頭安裝在積分球的側面，定義平行于光度探頭的軸為水平軸，光通量測試中，燈具光軸分別與水平軸的夾角為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°，燈具安裝在積分球的幾何中心，具體測試方位如圖2所示。為了避免燈具及安裝方式對測試結果造成影響，每只燈在每個方向進行實驗時都進行自吸收系數校正。表3為不同夾角測得的光通量。

從表3可以看出，光束角小于100°時，燈具的光通量受燈具安裝角度的影響很大，積分球內表面的照度值不相等才會有測試數據的不一致性。原因在于積分球系統進行定標用的光通量標準燈是燈絲燈泡，是全空間發光型的燈具，在積分球內能形成均勻的照度。光線在積分球表面的漫反射遵守朗博 （Lambert）余弦定律，即任意方向上光強Iθ=I0cosθ，I0為入射點所在曲面法線方向上的光強，與光入射方向無關。

表1 C平面為5.0°的光通量lm

表2 γ為1.0°的光通量lm

表3 不同夾角測得的光通量lm

圖2 不同發光方向的實驗

積分球擋屏為防止光源或燈具發出光的直射，光束軸線與水平軸夾角為0°時，部分光線經過擋屏邊緣在積分球內表面反射，反射光再經過擋屏反面反射后直接射向光度探頭，造成光通量測試值偏高；光束軸線與水平軸夾角為30°時，首次反射進入光度探頭的光強為I75=I0cos75°；光束軸線與水平軸夾角為60°時，首次反射進入光度探頭的光強為I60=I0cos60°；光束軸線與水平軸夾角為90°時，首次反射進入光度探頭的光強為I45=I0cos45°；所以會出現夾角由30°增加90°測試得到的光通量逐漸增加，在90°時光通量反而降低是因為部分反射光線被擋屏遮住。入射光與水平面夾角為120°、150°和180°時，第二次反射與水平軸線的夾角分別為60°、30°和0°，和首次反射有相同的原理，所以測試結果逐漸降低。

隨著燈具光束角增大，在不同安裝角度下光通量測試結果的差異逐漸減小，當光束角達到100°時，被測樣品在積分球和分布光度計上測試的光通量值相等。

3 結論

燈具光度性能測試設備包括分布光度計系統和積分球系統，目前用的光通量標準燈發光面為4π，而被測燈具光度分布類型差異很大。由于分布光度計的光度探測器采集燈具直射的照度，光通量、光強等光度參數均間接計算得到，使用4π發光面的光通量標準燈進行分布光度計定標，只要確保實驗室內無雜散光，測試距離不小于燈具發光面最大尺寸的15倍，就可以達到準確可靠的測試結果。積分球內的光度測試探頭采集的照度是反射光線的總和，對于窄光束燈具，第1次反射光、第2次反射光及第3次反射光均不能在積分球表面有均勻的照度分布，改變燈具在積分球內不同的安裝角度就可得到不同的光通量測試結果，不存在合適的安裝角度去測試光通量，要得到準確可靠的必須用與被測燈有相同光強分布的光通量標準燈進行定標，這顯然不可能實現，只要光束角不小于100°就可實現光通量準確測試。