這篇文章，我首先想從積分球涂料及系統校正用的標準燈兩方面進行闡述；后續的文章我會再從輔助燈、測量計算方法、光譜儀、配套電學儀器、LM-79-08標準的要求、具體實現方法等方面來展開討論。

在使用積分球進行光通量測量過程中，與普通光源不同，LED產品的光通量測量在測試準確性方面對設備提出了很大的挑戰。一方面LED較普通光源通常具有較強的方向性，通常不會在整個空間均勻地發光。該特性使得LED直射光在積分球表面的分布呈不均勻分布，該不均勻分布又直接導致不同LED的直接反射光相對探測器的反射特性不同。因為探測器口的位置及擋板的設置是固定的，而不同的反射分布直接表現為信號起伏。在普通的測量系統中，不同的正向發散角的LED、同一LED不同的放置方向、同一方向不同位置等差異，即使光通量是一致，表現出來的測量值也表現出極大的差異性。根據客戶的驗證結果，普通LED測量系統LED的放置方向對光通量測量結果的影響往往超過50%(這一點尤其在國產設備上表現特別明顯)。在測量不同LED不同發光角度時，由于在積分球內表面的分布差異使得直接反射的分布對探測器的影響也不同，從而直接影響到兩者測量的準確性的差異。如圖1所示。

另一方面LED測量系統通常使用鹵鎢燈作為標準光源，使用的標準燈本身與LED無論是在外形上、發光的分布特性上還是光譜特性上都有較大的差異。因此二者的差異性必須進行必要的修正。

原因分析：

LED的方向性對測量準確性影響的一個重要原因是積分球的內表面反射特性。在普通的LED測量系統中，積分球表面涂層的反射率和朗伯特性都不是很理想。一個是反射率偏低，另一個是漫反射特性不好。國內廠家積分球涂層主要采用氧化鎂或硫酸鋇，反射率僅可達到ρ=0.9左右，而且該涂料較容易受潮脫落及高溫環境下氧化、變色，這些都會造成數據測試誤差。目前我司使用的進口美國藍菲積分球系統，其球體內壁噴涂藍菲專利Spectraflect涂料，該涂層在可見光光譜范圍內具有很高的反射率。在厚度0.5mm以上、波長400-1100nm之間時，反射率超過99%；在360nm-830nm的光譜范圍內提供97%的反射率，并且能擴展至300-2400nm范圍。其涂料反射率是目前國內積分球上使用的涂料性能所達不到的。低反射率的積分球表面導致的一個結果就是，LED的直接照射光經過很少的幾次反射后就逐漸衰減，而在整個的光混合過程中，直接照射光和直接反射光占了很大的比重，起了主導作用。而在某些條件下，低反射率材料會在某些條件下在擋板的后部探測器處產生強烈的陰影效應。而導致測量不準確的原因正是直的反射光和陰影效應。

另外較低的漫反射率對信號的衰減非常嚴重。由于光測量過程中，光在積分球內多次反射，每次反射都有一定的衰減，而反射率的高和低對光強的影響在多次反射后得以加強。以反射光在球內進行15次反射為例，如果兩者的反射率相差5%，則信號的衰減可能會超過一倍以上。而實際上積分球內的反射率差別遠遠不止于此。

另外目前的積分球測試系統還沒有用于儀器校正用的標準LED光源，在測量過程中，還是使用校準的穩定驅動的鹵鎢燈作為標準光源。由于標準燈的外形結構和待測LED的差別很大，LED支架對光有吸收效應，以及標準燈安裝位置與LED安裝位置的差別，這些也是影響測量結果準確性的重要因素。

解決方案及測試結果：

在目前的積分球測試系統中，為了克服以上這些問題，提高測試數據精準性，通常采用指定LED以特殊的安裝方向進行測試，或者將系統設計成待測光源直接朝向探測端口或背向端口方式。但是一個角度無法解決所有問題，不同發光角度的LED的測試以及反射率等影響仍然需要解決。

Labsphere公司在設計LED測量系統時，根據實際使用中對測量準確性的影響因素進行了全面優化，使系統對LED方向的敏感度降到最小。即在測量過程中，無須規定特殊的角度和方向。即使在極端條件下，使用極強方向性的LED，使用極端條件的放置方式的測量的結果仍然保持了良好的一致性。

Labsphere的LED測量系統嚴格按照CIE標準進行設計，積分球內表面涂層使用藍菲專利技術的Spectralon@或Spectraflect@作為反射層，具有極高的反射率和良好的朗伯反射特性。在可見光范圍內反射率分別大于99%和98%。圖2為Labsphere公司的Spectroflex涂料的光譜漫反射曲線，從中可以看出，從380nm-780nm之間，基本上為一條直線，漫反射率非常穩定，而且接近于1。良好的反射材料可以保證更好地混合特性和均勻的光分布。另外在擋板的設計和探測端口的設計方面進行了優化，采用了漫射器的裝置，最大限度地降低探測端口對直接反射光的敏感度。在球體內表面的結合部位進行了特殊的考慮。

該積分球測試系統采用了校準的鹵鎢燈作為標準燈，同時采用了輔助燈方案，用于補償待測LED支架與標準燈支架差別對測量結果帶來的影響。該標準燈在美國Labsphere公司的校準實驗室內經過嚴格校準而來，該結果可溯源至NIST。該標準燈工作在恒定的色溫3000K下，保持恒定的光輸出通量，提供NIST溯源的光譜輻射通量數據。標準燈和輔助燈使用的電源為固定電流的固定功率的驅動方式，而不是可調式電源，這樣可以最大限度地減小功率飄逸。長期穩定性好于0.02%，保證了光輸出結果的可靠性。

在該系統條件下，針對前面敘述的LED測量結果準確性問題進行了針對性的測試。測試條件如下：采用高亮度LED，功率約0.35W，發光角度約30°。測試的流明值及誤差結果如表1及圖3所示。

結論

LED采用了9個測量方位，分別代表可能的LED放置方式。其中包含對探測器影響最小和最大的極端情況。從測量結果看，即使在最極端的情況下，即LED面向探測器開口處與LED背向開口處，光通量測量結果的峰峰值仍然小于5%。這是一個非常好的測試結果。在實際應用過程中，由于LED不會采取如此極端情況放置。在該測試中采用的是簡易的測試支架，在包含定位誤差的情況下，同一位置測量結果的光通量誤差小于0.1%。實際測試過程中LED的光通量測量重復性誤差遠小于0.1%。由此可見Labsphere的LED光學性能系統測量結果可靠、穩定，會對產品的性能給予可靠的保證(圖5為螞標檢測使用的積分球系統)。采用這樣的測試系統可以對LED產品的研究、開發及生產起到極大支持作用，是LED行業光學性能測量的理想選擇，其制作工藝及系統性能也是目前國產積分球所不能達到的。