光度学与色度学简介.pdf

光度学和色度学简介  §1 光度学基本概念 一、辐射通量 设光源表面S(图3-1)向所有方向辐射出各种波长的光。此 光源表面一个面积元dS 的辐射情况，可以用单位 时间内该面积元dS 辐射出来的所有波长的光能量 (也就是通过该面积的辐射功率)来表示，这就是面 积元dS 的辐射通量。可用ε来表示，单位为瓦特。 于光源上任一面积元的辐射通量，不同波长的 光在其中所占的相对数值是不同的。为了表示光源 面积元所辐射的不同波长的光的相对辐射通量，我 们引入分布函数e( λ)的概念。它就是在单位 ( ) 时间内通过光源面λ积的某一波长附近的单 e λ 位波长间隔内的光能量。是波长` λ的函数，它又称谱辐射通量 密度。 从光源面积元dS 辐射出来的波长在λ到λ+d 间的光辐射通 量为 ∞ ( ) ε ∫ e λdλ 0 于是，从面积元dS 发出的各种波长的光的总辐射通量为 ( ) dε e λ dλ λ,λ+dλ 二、视见函数 辐射通量ε代表的是光源面积元在单位时间内辐射的总能 量的多少，而我们感兴趣的只是其中能够引起视觉的部分，相等 的辐射通量，由于波长不同，人眼的感觉也不相同。为了研究客 观的辐射通量与它们在人眼所引起的主观感觉强度之间的关系， 首先必须了解眼睛对各种不同波长的视觉灵敏度。人眼对黄绿色 光最灵敏；对红色和紫色光较差；而对红外光和紫外光，则无视 觉反应。在引起强度相等的视觉情况下，若所需的某一单色光的 辐射通量愈小，则说明人眼对该单色光的视觉灵敏度愈高。设任 一波长为λ的光和波长为 5550 的光，产生相同亮暗视觉所需的 辐射通量分别为Δελ和Δε5550，则比值 ∆ε ( ) 5550 ν λ ∆ε λ 称为视见函数。图3-2 是明视觉和暗视觉的相对视见函数实验图 线，其纵坐标为视见函数。 明视觉以 v( λ)表示，暗视觉以 v′(λ)表示。暗视见函数曲线 o 的峰值向短波移动约500 A ，当不同的单色光辐射通量能够产生 相等强度的视觉时，v( λ)与这些单色光的辐射通量成反比。 根据多次对正常眼的测量，当波长为5550 时，曲线具有最 0302，+90mm。85mm，BP 图3-2 大值。通常取这最大值作为单位 1。例如对于6000 的波长来说，视见函数的相对值是0631，为了 使它引起和5550 相等强度的视觉，所需的辐射通量是5550 的1 ／0631 倍，即 16 倍左右。也就是说，为产生同等强度的视觉， 视见函数v( λ)与所需的辐射通量d ελ成反比。 三、光通量 引入视见函数v( λ)后，就可以研究光通量，它表示光源表 面的客观辐射通量对人眼引起的视觉强度，以Φ表示，它等于辐 射 通量与视见函数的乘积。在某一波长λ附近对于波长间隔为 d λ的单色光来讲，其光通量为 ( ) ( ) ( ) (3-1) dφ k v λ dε k λ e λ dλ λ m λ 式中 ( ) ( ) (3-2) k λ k ν λ