三标准光源.pdf

1第三章 标准光源 3.1 光度学基础 一、辐射量度学与光度学 光源的光线（辐射能）照射在物体（非发光体）上，经过 物体吸收、反射或透射而产生色彩。 非发光体的颜色主要由其透过或反射的光谱成分决定。物 体透过或反射的光谱成分由光谱透射率τ（λ）或光谱反射 率ρ（λ）来反映。 1．辐射量度学 对光辐射能量的计量称为辐射量度学。 2．光度学 对电磁辐射中的一部分可见光的能量计量称为光度学。 光度学是辐射量度学的一部分。 3．辐射能 光源所辐射的能量称为辐射能，单位是J （焦[耳]）。 一、辐射量度学与光度学 4．辐射能量 光源在单位时间内通过某一面积发射、传递或接收的辐射能 量称为辐射通量，以Φe（λ）表示，单位为W。 辐射通量Φe（λ）表示光源元面积在单位时间内传送出的客 观能量的多少。 5．光通量 光源在单位时间内在给出表面上流出可见光能的大小称为光 通量，以Φv（λ）表示，单位为流[明]（lm）。 光通量与辐射通量之间的关系为： ΦV (λ) = KV(λ)Φe(λ) V（λ）为光谱光效率函数 K为辐射能光当量，K＝683 lm/W 1W 555nm辐射通量的单色辐射等于683 lm的辐射通量 1 lm 555nm单色光的光通量相当于0.00146W辐射通量 一、辐射量度学与光度学 光谱光效率函数就是辐射能转化为人眼可见光的程度 光通量可以理解为光谱不同波长辐射能对人眼产生光亮感觉 作用的数量特征的度量。在人眼可以感觉到的光谱能量部分 人眼对各种波长的感受性作用，各个波段所产生的光感觉程 度也不同 按照CIE光谱光效率函数V(λ)来评价辐射通量Φe(λ)，在整个 可见光谱区间可由下式计算 ∫ Φ=Φ 700 400 )()(683)( λλλλ dV eV 555nm,1W,V=1,φ=683lm; 600nm,1W,V=0.631, φ=430.97lm； 650nm,1W,V=0.107, φ=73.08lm; 700nm,1W,V=0.0041, φ=2.8 若要得到相同的φ，后者的Φe(λ)须是555nm的1.58倍,9.35倍和 243.9倍 二、光度学有关物理量 1. 立体角 光源的光通量辐射在它周围 的一定空间内。所以，有关 光能的讨论和计算是在一个 立体空间。 立体角(Ω)指一个 任意形状的封闭锥 面所包含的空间。 单位为一个立体角和 球面度(sr) 2r dsd =Ω X Y Z 0 二、光度学有关物理量 整个球面的立体角 dii a b d ∫∫ ∫ =×=Φ=Ω Φ??==Ω Φ???=×= ?= Φ??= ? 2 0 2 2 2 0 2 2 4sin22cos cos cos cos ππ π π ππ idididi ddii r dsd ddiirbads dirb dira 2二、光度学有关物理量 光学系统的孔径角(平面角)α 已知，则对应的立体角： 2 αsin4π 2=Ω 当α很小时，则上式为： Ω =πα 2 X Y Z 0 二、光度学有关物理量 2. 发光强度 (1)发光强度 在某一方向上单位立体角dΩ内发出的光通量称 为点光源在该方向的发光强度，符号为I。 数学表达式为：I = dS是立体角的边界所围的面积，r是立体角顶点 至球面的距离。 2r dS d d d Φ = Ω Φ dS I r 0 dΩ 二、光度学有关物理量 如果点光源为各向同性即发光强度各方向相同，则可以用 有限立体角Ω代替小立体角d Ω ，即 Ω Φ =I (2)单位 发光强度的单位是坎德拉(cd) 在101325 Pa压力下，处于铂凝固温度(2045K)的绝对黑体 1/60cm2表面垂直方向上的发光强度定作1坎德拉(cd)。 发光强度为1cd的点光源在单位立体角内发出的光通量为1lm。 二、光度学有关物理量 ３．面发光度 对于一定面积的发光体，它的几何尺寸与光源 到被照面距离相比。 小面积dS，在单位面积内所发出的光通量为面 发光度，符号为M。 面发光度的单位为勒克斯（lx）或lm/m2。 面发光度的数学表达式为 M = 如果发光表面各点均匀发光，则： S M Φ= Ω Φ d d 二、光度学有关物理量 4. 光照度 在被照明表面单位面积所接受的光通量称为光 照度，符号为E，单位为勒克斯（lx）或lm/m2。 光照度的数学表达式为E = L E dS dΦ 二、光度学有关物理量 在均匀照明下则为 面发光度L与光照度E的区别是面发光度L的光 通量dΦ是受照面dS上发出的光通量dΦ 的反射 量。 S E Φ = 3二、光度学有关物理量 距离平方反比定律 面积dS上的光照度E为： 点光源直接照射一微面积时，微面积 的光照度与点光源的发光强度I成正 比。 与点光源到微面积的距离r平方成反 比。 与微面积法线