GBT 48037-2026《平面光源和灯具的亮度分布测量方法》

1GB/T48037-2026《平面光源和灯具的亮度分布测量方法》本文件确立了具有平面发光面的光源和灯具的亮度分布表示方式，描述了亮度分布的测量条件、测量设备和测量方法。本文件适用于由交流或直流供电的具有平面发光面的灯、灯具、模块及其照明系统在实验室或现场条件下的亮度分布测量。其他光源和灯具的亮度分布测量参照执行。本文件不适用于主要发射紫外或红外辐射的平面光源和灯具。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T2900.65电工术语照明GB/T20151光度学CIE物理光度系统3术语和定义GB/T2900.65界定的以及下列术语和定义适用于本文件。平面发光面planaremittingsurface近乎平坦且整体发光的外表面。亮度Iuminance光亮度实际或假想表面上的指定点在指定方向上，发光强度相对于投影面积的密度[见公式(1)]。式中：I、——发光强度；A——发光面的面积；2α——指定点处表面法线与指定方向之间的夹角。亮度分布(发光面的)luminancedistribution,<ofemittingsurface>发光面的亮度随位置和发射方向而变化的函数。亮度均匀性(发光面的)luminanceuniformity,<ofemittingsurface>随表面位置变化的亮度分布的均匀程度。亮度视角luminanceviewangle发光面上指定面元在某一测量平面中，亮度下降到法线亮度一半的法线两边的两个方向之间的夹角。平面光源或灯具的发光区域内亮度明显高于周围区域的小发光区域。平面光源或灯具的发光区域内亮度明显低于周围区域的小发光区域。亮度缺陷luminancedefect平面光源或灯具点亮时发光面上的亮点或暗点缺陷。4亮度分布的表示方式4.1坐标系统使用如图1所示的坐标系统来表示平面光源或灯具的亮度分布。平面光源和灯具的发光面亮度分布可表达为：L(x,y,θ,φ)。其中，(x,y)表示发光面指定点的位置坐标，如无特殊说明，取发光面几何中心为坐标位置原点，即(0,0);(θ,φ)表示亮度方向，如无特殊说明，取发光面的法线方向为(0°,0°)方向。对于发光面为非中心对称的光源或灯具，一般取x方向对应长边方向，y方向对应短边方向。在实际测量和应用中，根据需要固定一个或多个变量，来获得更为具体的亮度分布。注：通常使用三维坐标来表示空间中的某一点，然而对于平面光源或灯具，尽管发光面可能存在一定起伏和弧度，但通常直接忽略，使用二维坐标就足够表示具体位置。3标引符号说明：L--—发光面在指定面元和发射方向的亮度；dA—-—发光面的面元；dΩ——发射方向立体角元；n——发光面的法线方向；0—发射方向与发光面法线所成的夹角；φ——发射方向的方位角；O——发光面几何中心。图1表示亮度分布的坐标系统4.2指定方向亮度分布指定方向亮度分布是指亮度方向相同，而面元位置不同的亮度分布，数据表达为L(x,y)l(es·gs),其中，(x,y)表示发光面的面元位置坐标，以发光面中心为原点；(θs,φs)表示指定的亮度方向。4.3指定观测位置亮度分布指定观测位置亮度分布的数据表达为L(x,y)|a.8xu),其中，(x,y)表示发光面的面元位置坐标，(d,θm,φm)表示指定点的坐标，d表示从亮度计镜头到发光面中心的距离，(θm,φm)表示主观测方向，即观测位置与发光面中心的连线与发光面的法线所成的夹角。示例：L(x,y)|(2.45°.)表示距离发光面中心点2m且中心视线与发光面方向成(45°,0°)方向时，观测到的发光面上坐标为(x,y)的面元的亮度。注1:指定的观测方向下的(x,y)面元坐标隐含了角度信息，即各个面元对应的亮度测量方向并不相同。4注2:根据(d,θm,φM)能计算出观测位置相对于发光面中心的位置坐标(如图1所示)。4.4发光面指定点亮度分布发光面指定点的亮度分布数据表达为L(θ,φ)|xs·ys),其中，(θ,φ)表示亮度方向，(xs,ys)表示指定点的位置坐标。发光面指定点亮度分布也可称为视角亮度分布。5测量条件和测量设备5.1测量条件实验室测量的环境条件、电学测试条件和电学设备、测量前的稳定应符合GB/T39394的规定。现场测量条件影响因素较多，宜控制现场测量的条件，以减少外界环境对测量结果的影响，应在测量报告中详尽地描述现场测量的条件，包括但不限于：—电网电源条件，例如交流或直流电压、谐波含量、频率；——照明控制设置(包括控制器、调光/调色设置等);——环境温湿度；——来自其他光源的静态和非静态背景照明(包括日光和其他光源);—-照明设备安装位置、数量。5.2亮度计5.2.1瞄点亮度计瞄点亮度计应满足以下要求。——采用积分方式测量的滤色片型瞄点亮度计：●亮度示值误差≤5%;●光谱失匹配指数≤5.5%;●线性误差≤1%;——采用分光方式测量的光谱辐亮度计：●亮度示值误差≤2.5%;●波长准确度误差≤0.5nm;●线性误差≤1%。5.2.2成像亮度计采用积分方式测量的成像亮度计，以下简称为成像亮度计，应满足以下要求：——像素亮度示值误差≤5%;——像素光谱失匹配指数≤5.5%;——像素线性误差≤1%;——平场响应不均匀度≤1%;——对像素对应的视场大小进行标定。5转台应使得亮度计和被测对象绕两个正交的轴线相对转动，转动范围覆盖被测对象的亮度分布测量角度范围，并满足以下要求：——角度显示分辨率≤0.05°。注1:转台一般用于实验室测量中，目的是使亮度计和被测对象发生相对转动并记录偏转角度。注2:在现场亮度分布测量中，使用三脚架或类似装置固定亮度计并调整其测量方向使其对准被测对象。5.4平移台平移台应满足以下要求：—位置移动精度≤0.5mm;——位置移动分辨率≤0.1mm;——定位重复性≤0.2mm。平移台可与转台结合使用。注1:平移台一般用于实验室测量中，目的是使亮度计和被测对象发生相对位移并记录位移量。注2:平移台能单独应用或者与转台组合使用，能用于实现4.2～4.4中亮度分布测量。6测量方法6.1测量取样方式6.1.1测量取样方式选取采用不同测量取样方式所得到的被测对象亮度分布可能存在差异。按照相关产品标准或应用标准选择测量取样方式。也可根据测量评价需求选择适宜的测量取样方式：——被测对象的性能符合性评价时，宜使用6.1.2所规定的指定方向亮度分布测量；—模拟人眼观察评估被测对象均匀性时，宜使用6.1.3所规定的指定观测位置亮度分布测量；——开展缺陷等发光面分析评估，宜使用6.1.3所规定的指定观测位置亮度分布测量；———评价被测对象的视角特性时，宜使用6.1.4所规定的发光面指定点亮度分布测量；——综合评估被测对象的亮度分布特性时，则宜使用6.1.5所规定的综合亮度分布测量。6.1.2～6.1.5的测量取样方式均适用于实验室测量。现场一般按照6.1.3在指定观测位置测量被测对象亮度分布。在测量报告中说明亮度分布测量取样方式。6.1.2指定方向亮度分布测量亮度计始终以同一方向采集测量被测对象的发光面上各测量取样点的亮度值。亮度计和被测对象发生相对移动，在移动过程中，亮度计相对于发光面法线的方向保持不变为(θs,φs),如图2所示。在实验室中宜使用满足5.4要求的平移台，以精确定位被测对象发光面上的测量取样点。6图2指定方向亮度分布测量的示意图6.1.3指定观测位置亮度分布测量亮度计的入瞳与被测对象的相对位置固定，并且被测对象的姿态也是固定的。使用瞄点亮度计测量时，首先将瞄点亮度计在指定观测位置下对准被测对象的发光面中心，然后转动亮度计使其逐个对准测量取样点，得到亮度值，如图3所示。在实验室测量中，宜使用满足5.3要求的转台夹持瞄点亮度计实现空间转动和对准。使用成像亮度计测量时，将成像亮度计在指定观测位置下对准被测对象发光面，如图4所示。若成像亮度计的最大测量视场能覆盖平面光源或灯具的发光面，则通过一次测量取样得到各个测量取样点的亮度值；若成像亮度计的测量视场不能完全覆盖被测对象发光面，则应通过旋转成像亮度计或者改变焦距的方法测量获得各个测量取样点的亮度值。图3使用瞄点亮度计实现指定观测位置亮度分布的示意图7图4使用成像亮度计实现指定观测位置亮度分布的示意图6.1.4发光面指定点亮度分布测量使用亮度计始终对准发光面上的指定点测量，通过被测对象与亮度计的相对转动改变亮度测量方向，如图5所示。在实验室测量中，宜使用满足5.3要求的转台实现空间转动和对准。实际操作中可使用转台夹持被测对象，并使被测对象绕发光面指定点旋转；或者使被测对象保持不动，亮度计在大空间范围内围绕被测对象转动，并以发光面指定点为旋转中心，如图5所示。图5发光面指定点亮度分布测量示意图6.1.5综合亮度分布测量综合亮度分布测量是上述两种或以上测量取样方式的组合，以获得4.1所述发光面上各测量取样点在各个方向的亮度分布L(x,y,θ,φ)。一般而言，该测量取样方式仅适用于实验室测量，可通过以下两种方式实现：——使用转台和成像亮度计组合的测量系统，如图6所示，通过在二维空间内变换成像亮度计的测量方向获取在多个指定观测位置的亮度分布L(x,y)|(a-0n%m),其中，(θm,φM)的变化范围覆盖待获取的亮度空间范围，通过坐标变化得到全空间范围内的亮度分布L(x,y,θ,φ);——使用转台、平移台和亮度计组合的测量系统，通过被测对象的转动改变亮度测量方向(θ,φ),使用亮度计平移测量该方向下各指定点亮度，平移距离与指定点位置通过三角函数关系换算，从而得到被测对象亮度分布L(x,y,θ,φ)。8使用综合亮度分布测量时，亮度计到被测对象的距离宜与指定观测位置亮度分布测量(如适用)一致。标引序号说明：3——成像亮度计。图6综合亮度分布测量的一种实现方式示意图6.2测量距离和测量视场角测量距离和测量视场决定了发光面上测量取样点的尺寸，如公式(2)所示：式中：△D——测量取样点直径，单位为米(m);d—亮度计到测量取样点的测量距离，单位为米(m);θ——亮度测量方向与测量取样点所在发光面元法线的夹角，单位为度(°)。瞄点亮度计的视场角由其本身的测量视场决定，成像亮度计通过将一定区域内的像素响应取平均值来实现对应的测量取样点测量视场。示例：在成像亮度计的近光轴方向上，一个像素对应的测量视场约为0.01°,通过将直径100个像素区域内的测量值平均就能得到1°视场角内的亮度测量值。通过以下方式确定测量距离和测量视场角：——相关产品标准或应用标准设定，若相关标准中只规定测量距离，测量视场角宜取1°;——根据被测对象实际应用，将测量距离设定为典型设计使用距离，测量视场角在0.01°~1°之间；——对于指定观测位置亮度分布测量，测量距离已经确定，测量视场角在0.01°~1°之间；——模拟人眼评估被测对象均匀性时，测量距离为设计使用的最近距离，测量视场角宜为0.01°。应在测量报告中说明所使用的亮度测量距离和测量视场角。测量取样点尺寸影响被测对象的亮度均匀性结果，更多说明见附录A。注1:人眼在中央凹区域的视觉分辨率约为(1/60)°,采用0.01°测量视场角能充分模拟人眼观察。96.3测量区域和采样间隔根据相关产品标准或应用标准，设定亮度分布测量的区域和采样间隔。也可根据以下要求设置测量区域和采样间隔。对于通过6.1.2、6.1.3和6.1.5的测量取样方式测量分析被测对象的发光面均匀性时，测量区域宜为各边缘分别内缩10%对应边长(三角形、矩形或多边形发光面)或直径(圆形或圆环形发光面)后所剩的发光面区域，且应在测量区域内均匀取点测量。亮度分布采样间隔宜不大于被测对象发光面对应边长尺寸的1/15,可使用不超过上一次采样间隔0.7倍的更小采样间隔再次测量，并计算均匀性偏差是否在允差范围内来判断采样充分性。宜基于采样定理分析确定最小采样间隔。对于通过6.1.4的测量取样方式测量分析被测对象的视角特性时，以发光面的中心为指定点，在至少两个垂直方向上按照等间隔方式测量亮度值随角度的变化。角度间隔应不大于15°,宜基于采样定理分析确定最小采样间隔。基于采样定理的采样间隔分析见附录A。应在测量报告中说明所使用的亮度分布测量区域和采样间隔。6.4量值校正6.4.1仲裁方法亮度分布测量几何条件包括：测量距离、测量视场、测量区域和采样间隔。当滤色片型瞄点亮度计、光谱辐亮度计和成像亮度计以相同几何条件测量得到的亮度分布存在较大偏差时，以符合5.2要求的光谱辐亮度计的测量结果为准。6.4.2光谱失匹配误差校正滤色片型瞄点亮度计或成像亮度计会因光谱失匹配造成亮度测量误差。使用5.2中所述滤色片型瞄点亮度计和成像亮度计测量发射白光的测量对象时，宜进行光谱失匹配校正或以光谱辐亮度计的测量值为参考值进行校正；而当测量对象为发射彩色光的被测对象时，则应进行光谱失匹配校正或者以光谱辐亮度计的测量值为参考值进行校正。光谱失匹配校正方法如公式(3)所示。按照公式(3)计算光谱失匹配校正因子F,将滤色片型瞄点亮度计或成像亮度计的测量值乘以光谱失匹配校正因子得到校正后的亮度值。S,(λ)——被测发光面在被测位置处的光谱功率分布；SA(λ)—CIE标准光源A的光谱功率分布，按照GB/T20147.2的规定；V(A)——明视觉人眼光视效率函数，按照GB/T20151的规定；Se(λ)——亮度计的相对光谱响应度。使用光谱辐亮度计的测量值作为参考值进行修正的方法如公式(4)所示。在被测发光面的同一发光状态、同一位置处采用校准过的光谱辐亮度计和滤色片型瞄点亮度计或成像亮度计分别测量平面光源或灯具的光度值，按公式(4)计算得到修正系数K。亮度计的测量值乘以修正系数得到校正过的亮度值。K=L₁/L₂L₁——校准过的光谱辐亮度计测量得到的亮度值；L₂———滤色片型瞄点亮度计或成像亮度计测量得到的亮度值。若平面发光面上各处的光谱功率分布相同或相似，则只需要使用一个修正系数来校正所有测量值。6.4.3测量几何条件转换当发光面上各处视角亮度分布相同或相似时，可利用发光面指定点亮度分布测量数据实现指定方向亮度分布和指定观测位置亮度分布的转换，如公式(5)和公式(6)所示。从指定方向亮度分布换算到指定观测位置亮度分布：从指定观测位置亮度分布换算到指定方向亮度分布：式中：(x;,y;)-—-—发光面上的一个测量取样点的位置坐标；(xo,yo)——用于换算的发光面指定点亮度分布所采用的指定点位置坐标；发光面上的一个测量取样点的位置坐标；(θm′,φm′)—--(x;,y;)点到亮度计的连线与发光面法线间的夹角，通过(θm,φM)方向与发光面中心点到(x;,y;)点相对于观测点对边角矢量求和得到。7亮度分布的推导参数7.1平均亮度7.1.1指定方向的平均亮度按照6.3所要求的测量区域和取样间隔，根据6.1.2所测得的指定方向亮度分布，或者根据6.1.5测量的综合亮度分布经6.4.3的测量几何偏差校正得到指定方向亮度分布，计算该指定方向的平均亮度，如公式(7)所示。L(x;,y;)|os-es)——在(θs,φs)方向上所测量的第i个面元区域的亮度值；N——所选取面元区域的总个数。7.1.2指定观测位置的平均亮度按照6.3所要求的测量区域和取样间隔，根据6.1.3所测得的指定观测位置亮度分布，或者根据6.1.5测量的综合亮度分布经6.4.3的测量几何偏差校正得到指定方向亮度分布，计算该指定观测位置的平均亮度，如公式(8)所示。根据指定观测位置亮度分布测量得到的数值求平均得到结果。式中：L(x;,y;)l(a.0N·)——在(d,θ,φm)观测位置上所测量的第i个测量取样点所在面元区域的亮度值；N——所选取面元区域的总个数。7.1.3平均亮度测量结果的表述测量报告中在报告平均亮度的同时，应说明平均亮度对应的测量取样方式、测量方向(观测位置)、测量视场角、测量区域和采样间隔。7.2亮度均匀性7.2.1亮度均匀性的类型指定方向的亮度均匀性：按照6.3所要求的测量区域和取样间隔，基于6.1.2所测得的指定方向亮度分布，或者根据6.1.5测量的综合亮度分布经6.4.3的测量几何偏差校正得到指定方向亮度分布，根据亮度均匀性计算公式得到被测对象在该方向的亮度均匀度。指定观测位置的亮度均匀性：按照6.3所要求的测量区域和取样间隔，基于6.1.3所测得的指定观测位置亮度分布，或者根据6.1.5测量的综合亮度分布经6.4.3的测量几何偏差校正得到指定方向亮度分布，根据亮度均匀性计算公式得到该观测位置下被测对象的亮度均匀度。7.2.2亮度均匀性的计算亮度均匀性(U₁)计算应根据相关产品标准或应用标准中的定义来选择对应的计算公式。常用的发光面亮度均匀性计算如公式(9)和公式(10)所示。亮度均匀性定义为亮度最小值和平均值的比值时，其计算公式为：式中：L——参与亮度均匀性计算中的平均值。亮度均匀性定义为亮度最小值和最大值的差异时，其计算公式为：Lmax—参与亮度均匀性计算中的最大亮度值。7.2.3亮度均匀性测量结果的表述在测量报告中报告亮度均匀性的同时，应说明亮度均匀性的测量取样方式、测量方向(和位置)、测量视场角、测量区域、取点间隔和计算方式。7.3亮度视角根据6.1.4测得的发光面指定点亮度分布，根据3.5的定义获得一个平面上的亮度视角，表示为θva(φ),其中，φ表示所选取的平面，如90°~270°的平面。若无特殊规定，一般以发光面的中心为指定点；若平面光源或灯具具有较好的各向一致性，则选取两个正交平面上的亮度视角平均值作为最终结果，否则选取典型观察平面的亮度视角分别表述测量结果。7.4发光面亮度分析发光面亮度分析包括发光单元间隙宽度、亮度缺陷等。在进行较为精细的发光面亮度分析时，采用成像亮度计测量发光面亮度，测量方式可按照6.1.3或6.1.5。此时宜采用尽量小的采样间距，即采样频率尽量高，以获取足够的发光面亮度分布分析数据。间隙宽度计算是计算平面光源或灯具中两个发光单元某一特定值亮度之间的间距，以间隙宽度g50或g90为例，即两个发光单元之间亮度下降到50%或90%平均亮度La的位置之间的间距，如图7和图8所示。标引序号说明：1——发光单元；2——发光单元的间隙。图7间隙宽度示例图8间隙宽度计算示例发光面亮度缺陷一般为平面光源或灯具点亮时发光面上的亮点或暗点缺陷。平面光源或灯具的发光区域内，低于平均亮度限值的区域判定为暗区，若暗区的面积超过限值，则该区域判定为暗点。高于平均亮度限值的区域判定为亮区，若亮区的面积超过限值，则该区域判定为亮点。亮度判定限值可为50%,报告中需说明暗点及亮点的面积及判定限值。(资料性)基于采样定理的采样分析在亮度分布测量过程中，采样间隔的选择非常重要。如果采样间隔过大，则不能有效反映真实空间亮度分布情况，影响均匀性测量精度；如果采样间隔过小，则测试采集报告的数据量较大，而且在使用瞄点亮度计测量时耗时很长。相对而言，成像亮度计使用阵列探测器，能通过一次取样测量得到其视野范围内各点的亮度值。可利用成像亮度计在某一指定位置处测得的亮度分布数据，基于采样定理分析适宜于被测对象的采样间隔，从而在其他测量条件下能参考应用。A.2基于采样定理的频域阈值判定采样定理，也称为奈奎斯特采样定理，是信号处理等领域中非常重要的基础定理。采样定理指出，为了能从采样后的离散信号中无失真地恢复出原始的连续信号，采样频率应大于或等于原始信号最高频率的2倍，如公式(A.1)所示：f、——采样频率；fmax——原始信号的最高频率。例如，若一个模拟信号中最高频率成分为100Hz,那么采样频率至少要达到200Hz。因此基于采样定理的分析首先是要将测得的亮度随坐标位置或者角度的数据通过傅里叶变换转化到频域空间。然而，对于亮度分布测量，一方面其目的并不是完全还原出亮度分布信号，例如在指定方向亮度分布测量和指定观测位置亮度分布测量往往是为了进一步分析计算其亮度均匀性指标；另一方面，被测对象发光面的亮度分布往往存在非周期性变化，因而其频谱信号可能既包括离散谱线也包