background image

Laboratorium optoelektroniki 

 

Sprawozdanie z ćwiczenia 5: 

Pomiary fotometryczne i radiometryczne 

 

 

 

Data wykonania ćwiczenia: 

20.11.2009r. 

 

Prowadzący ćwiczenie: 

Dr inż. Grzegorz Wieczorek 

 

 

 

 

 

 

 

 

Grupa E4 

Sekcja 6: 

Mariusz Lachowicz 

Krzysztof Atłasik 

Mariusz Kaleciński 

Jakub Szafrański 

background image

1.  Przebieg ćwiczenia 

Podczas laboratorium zapoznaliśmy się z obsługą przyrządów do pomiarów foto- i 
radiometrycznych: miernika mocy światła MM22-1, radiometru-fotometru RF-100 oraz głowicy 

fotometrycznej GL-100 i przystawki do pomiaru luminancji PL1.RF-100. Za ich pomocą 
zmierzyliśmy parametry i zależności dla kilku elementów optoelektronicznych: trzech zestawów 

diod elektroluminescencyjnych oraz wskażnika laserowego. 

2.  Pomiar luminancji 

Na początku zajęć zostały pomierzone wartości luminancji i natężenia oświetlenia na blacie stołu 
oraz na podłodze w laboratorium: 

 

 

Natężenie 

oświetlenia [lx] 

Luminancja [cd/m

2

Blat 

stołu: 

945 

253 

Podłoga: 

480 

75 

 

Mając takie dane, oraz przekształacjąc wzór na luminancję płaszczyzny odbijającej w sposób 
rozproszony: 

, można obliczyć współczynnik odbicia światła dla każdej z 

tych powierzchni (na blacie stołu była to biała kartka formatu A4): 

 

 

Współczynnik odbicia ρ 

Blat 

stołu: 

0,84 

Podłoga: 

0,49 

 

Oczywiście bardzo jasna kartka papieru ma znacznie większy współczynnik odbicia, niż ciemna 

podłoga, od której odbija się jedynie połowa padającego nań światła. 

 

3.  Pomiary radiometryczne – pomiar mocy lasera 

Za pomocą radiometru zmierzyliśmy moc promieniowaną popularnego wskaźnika laserowego 

(czerwonego) oraz zielonej diody LED SMD. Pomiary były przeprowadzane przy dwóch 
długościach fali: 

 

Moc promieniowana [mW] 

λ=633 nm 

λ=850 nm 

Laser czerwony 

2,5 

Dioda LED zielona 

0,8 

0,7 

 

background image

Długość fali światła emitowanego przez wskaźnik to 633 nm, więc wartość, która została 
zmierzona przy tej długości, można uznać za prawidłową. Pomiar dla λ=850 nm natomiast jest 

zafałszowany, ponieważ jest to długość fali inna niż nominalna. Przyjmując liniową 
charakterystykę przyrządu, możemy obliczyć jej nachylenie z tych pomiarów: 

. Znając 

to nachylenie można skorygować pomiary dla diody zielonej, aby uzyskać jej rzeczywistą moc. Po 
prostych obliczeniach otrzymujemy wynik: 

 

 

 

4.  Pomiary fotometryczne 

Za pomocą fotometru oraz regulowanego zasilacza zmierzyliśmy dla trzech zestawów diod LED 

zależności natężenia oświetlenia E wyrażonego w luksach od prądu płynącego przez te elementy 
wyrażonego w miliamperach. 

Z powodu uszkodzenia czterech diod białych nie można było uzyskać prądu większego, niż 16 

mA. 

 

 

Możemy zaobserwować, że charakterystyki te są w zasadzie liniowe, czyli natężenie oświetlenia 
diody LED wzrasta proporcjonalnie do prądu płynącego przez nią. Oczywiście nie można bez 

końca zwiększać prądu diody, ponieważ w pewnym momencie doprowadzi to do jej uszkodzenia. 
Dioda zielona okazała się najwydajniejsza pod względem natężenia oświetlenia, czyli przy tym 

samym prądzie doprowadzonym świeciła jaśniej, niż inne diody, mimo że była pojedyncza. 

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

E[lx]

I[mA]

4 diody

6 diod

Dioda zielona

background image

Charakterystyki te powinny być skorygowane przez odjęcie wartości wskazanej przez miernik, gdy 
żaden prąd nie płynął przez diody, jednak wartości te okazały się bardzo małe (<0,04 lx), 

ponieważ przy mierzeniu używaliśmy plastikowej tuby osłaniającej mierzony układ od wpływu 
zewnętrznego oświetlenia. Tak więc korekcja została pominięta. 

 
Wiedząc, że pomiar natężenia oświetlenia był wykonywany w odległości 17 cm, można obliczyć 
maksymalną światłość (przy maksymalnym prądzie) diod ze wzoru 

 

 

Maksymalna światłość [cd] 

4 diody białe 

16,18 

6 diod białych 

10,81 

Dioda zielona 

26,01 

 

Znając rozwartości wiązek światła diod: 

 

Kąt płaski Θ

1/2

 

[ ˚] 

Kąt bryłowy Ω

1/2

 [sr] 

4 diody białe 

30 

0,214 

6 diod białych 

60 

0,842 

Dioda zielona 

45 

0,478 

 
możemy obliczyć maksymalny całkowity strumień światła ze wzoru 

 

Φ

max

 [lm] 

4 diody białe 

3,463 

6 diod białych 

9,102 

Dioda zielona 

12,433 

natomiast wykorzystując obliczony maksymalny całkowity strumień świetlny można określić 
sprawność świetlną daną wzorem 

, gdzie P

max

 oznacza moc doprowadzoną do diody 

przy maksymalnym mierzonym prądzie (

). 

 

I

max

 [mA] 

U

max

 [V] 

P

max

 [W] 

η [lm/W] 

4 diody białe 

30 

16 

0,48 

7,158 

6 diod białych 

60 

24 

1,44 

6,321 

Dioda zielona 

45 

12 

0,54 

23,024 

 
 

 
 

 
 

 
 

 

background image

5.  Prawo kwadratu odległości 

Natężenie oświetlenia w pewnej odległości od źródła światła równa się natężeniu światła tego 
żródła podzielonemu przez kwadrat odległości. Można z tego wywnioskować, że po zwiększeniu 

odległości dwukrotnie, natężenie oświetlenia powinno spaść czterokrotnie. Podczas laboratorium 
wykonaliśmy pomiary za pomocą których można w praktyce sprawdzić słuszność tej zależności, 

wykorzystując 6 połączonych miniaturowych białych diod LED. Jedną parę pomiarów 
wykonaliśmy bez prądu płynącego przez diody, drugą – przepuszczając przez diody prąd 20,52 

mA. Odejmując od drugiego pomiaru pierwszy pozbywamy się z wyniku wpływu oświetlenia 
zewnętrznego. 

Oto zestawienie uzyskanych pomiarów i wyników obliczeń według ww. wzoru: 

Prąd 
[mA] 

Pojedyncza odległość 

Podwójna odległość 

Pomiar 

Obliczenia 

100 lx 

84,6 lx 

25 lx 

20,52 

241 lx 

114 lx 

60,25 lx 

Korekcja: 

141 lx 

29,4 

35,25 lx 

 

Jak widać, skorygowane wartości natężeń są zbliżone do obliczeń na podstawie wzoru 

analitycznego, tak więc można uznać, że prawo kwadratowe obowiązuje dla rozważanego 
przypadku.