第8章_光度量的测量1-2011

ic Ic I s is
这种方法要求探测器上的照度必须在探测器线性工作范围以内。
8.1.3 用客观光度法测量光强度
如果将光接收器固定。在距光接收器的一定距离rs上测 得标准灯的光电流is，用待测灯换去标准灯，并作水平 移动，使待测产生的光电流与标准灯的相同，记下此时 待测灯的距离rc，则可求得待测光强度Ic：
在制做白色漫射屏时，使其两平面反射比相同，则(8-1)式变为
r Ic I s r
2 c 2 s
式中，rs和rc可由导轨刻度读出；Is是已知标准灯的发光强度；
8.1.1 在光度导轨上测量发光强度
在测量时，如果光度计内两条光路系统不对称或者漫射屏两平面的 反射比不一样将会引起附加的测量误差。为消除这种误差可采用比 较测量法，此时除了用标准灯及待测灯外，还要使用一只比较灯 (V 灯)。对于比较灯只要求光强度在一定时间内保持稳定，不必预先知 道其数值。
第8章 光度量的测量
8.1 发光强度的测量
8.1.1 在光度导轨上测量
8.2 光通量的测量
8.2.1 用分布光度计
8.1.2 用偏光光度计测量
8.1.3 用客观光度法测量
8.2.2 用积分球
8.3 照度的测量 8.4 亮度的测量
8.1.4 测量中应注意的问题
8.1 发光强度的测量
发光强度(I, 单位坎德拉, cd, lm· sr-1)
8.2.1 用分布光度计
根据多数光源的灯丝结构形状，可 近似地认为光源的光分布是轴对称 的，即沿各个方位角都有同样的空 间光分布(图8-7)，因此上式可简化 成
2 I ( )sin d
0

函数I ()的确定也是不容易的。但是，当光源的材料是朗伯辐射体， 对于几种几何形状简单的物体，可求得其光分布函数。
8.2.1 用它们的光强度Imax，就可以分别 求出其光通量。 虽然实际生活中的光源很难是完全漫反射体，但对于几何形状类似 的光源，可借助以上近似求得相应的光强分布和光通量。
8.2.1 用分布光度计
对于实际存在的多数光源，很难找到其光强空间分布的关系式，往 往采用测量照度的办法确定其光通量。光通量可由光源周围任一封 闭面积上的照度分布求出，如果选用半径为r的任一球体表面作为被 测面，则光通量为
760
380
( ) ( )V ( ) d
760 380

( )V ( )d
v是滤光片或色溶液的目视透射比 ；()是待测光源的光谱辐射通 量； () 是滤光片或色溶液的光谱透射比； V() 是标准人眼光谱光 视效率。计算Ic时要除去v的影响。
8.1.1 在光度导轨上测量发光强度
s (rc t )2 s rc 2 1 1 Ic I s Is {1 2t ( )} 2 2 c (rs t ) c rs rc rs
8.1.1 在光度导轨上测量发光强度
为了方便起见，实际上往往使用(8-1)式计算Ic。这样由于反射屏厚 度的影响, 将引入测量误差。若要使一误差小于0.1%，即
8.1.2用偏光光度计测量发光强度
测量方法操作简单，无需在光度导轨上移 动测量部件。马丁斯 (Martens) 偏光光度 头的工作原理如图 8-4 所示。设 a 、 b 分别 为两个比较光源，由 a 发出的光经过平凸 透镜和渥拉斯顿棱镜分成两束光 ( 图中分 别用实线和虚线表示 ) ，它们的偏振方向 是正交的。再经过双棱镜，又把每一束光 分成向不同方向折转的两束。这样通过望 远系统观察时，就可看到 4 个分开的点。 现在用光阑挡去三束，只留下图中a1部分； 由 b 光源来的光也一样被遮去三束，预先 设计好双棱镜的角度，使得来自 b 光源的 光束 b2 和a1 正好在观察者眼中重合，这时 b2和a1的偏振方向刚好正交。
8.1.2用偏光光度计测量发光强度
在仪器使用之前，要用标准光源S进行标定。用已知光强度Is的灯 放在测量光路中，并已知标准灯S到漫射屏P的距离rs。转动尼可尔 棱镜，直到观察视场出现光度平衡，则有
Is k1 2 cos2 0 k2 Ev sin 2 0 rs
式中，k1 、k2 分别为两侧光路光度特性参数； 0是尼可尔棱镜的 转角。 仪器的标定常数
8.2 光通量的测量
光源的发光强度是光度学的基本参数，由其可导 出光度学其它各基本量。因为发光强度不足以表 征光源的完整特性，通常需要使用光通量来表征 它，光通量的单位从发光强度单位导出，对各向 同性的点光源来讲，其光通量=4I，故只要测 定点光源的发光强度乘以4就可求得光通量。然 而，实际光源总有一定大小，其光源发光强度在 空间也非均匀分布，故必须采用相应的方法进行 测量。最常用的是用分布光度计和积分球来测量 光通量。
8.1.4 光强度测量中应注意的问题
(1) 杂散光造成的误差 进行光强测量时, 要严防外来光线射到探测器上 , 尤其要防止周围 物体的一次反射光线。避开干扰光的最有效办法是使用挡屏(图8-6)。 装上挡屏后，从探测器表面各点都应当能看到整个光源，而除光源 外，室内各个位置都应被挡屏遮挡。光源的背景应该是全黑色的， 通常采取在光源后边放置一个内外表面涂黑的空腔，或在一定距离 之外张挂一幅黑色天鹅绒幕。
② 闪烁法可用于测量与标准光源色调相差较大的待测光源的光强度。 闪烁法是根据人眼对间断光的响应特性而设计。闪烁法测发光强度 要使用闪烁光度计，图 8-3 是艾夫斯 - 布里德 (Ives-Brady) 闪烁光度 计的测量光学系统图。
艾夫斯认为：对异色光来说， 闪烁法在所有比较测量法中 精度最高，重复性最好。当 用作比较的光源之间色差不 很大时，由熟练的观察者操 纵闪烁光度计，测量的相对 精 度 可 达 0.5~1% 。 使 用 闪 烁 光度计时，很快会导致人眼 疲劳，因此，测量时间一般 不应超过一小时。
8.1.4 光强度测量中应注意的问题
(4) 光度平衡判别中人的主观误差 为减小主观误差，应由有经验的光度测量人员进 行测量。每次测量要测取多次读数(例如5~10次)， 这样测量精度可达0.2%。此外，对测量环境也有 一定的要求，仪器视场的亮度应在 3~30cd/m2 之 间，视场要均匀，没有污斑、颗粒结构等。环境 亮度不应低于15cd/m2。
rc2 Ic I s 2 rs
这种方法对探测器没有线性工作要求。
8.1.3 用客观光度法测量光强度
注意： 客观法测发光强度时，如果标准光源和待测光源 有相同的光谱能量分布，则探测器的光谱响应只 要求在相应光谱范围内有足够的灵敏度；如果两 光源光谱能量分布不同，就必须使探测器的相对 光谱响应和人眼光谱光视效率 V() 相一致，才 能正确的进行测量。
第8章 光度量的测量
光度量是平均人眼接收辐射能引起视觉神经刺激程度的 度量。光度量的测量主要包括光通量、发光强度、照度和 亮度的测量，这些光度量是在可见光范围内平均人眼受到 光刺激程度的度量，是可见光范围内各波长光对人眼刺激 的积分值。 在光度量的测量中，根据接收器不同(用人眼接收或物理 探测器接收)，可分为两种测量方法：以人眼作为接收器称 为目视光度法；以物理探测器，如光敏元件、照相底片等， 作为接收器的称为客观光度法。目前在光度测量领域，目 视光度法有被客观光度法取代的趋势。由于光度测量原则 上是使用平均人眼作为评价标准的，因此掌握光度量的目 视光度测量方法仍是很重要的。
8.2.1 用分布光度计
③ 半球面光源(图8-8(c)，顶面不发光)
I (1 cos ) I max / 2
2 I max
光源的光强分布是绕极轴旋转的心脏线。 ④ 底面和顶面不发光的圆柱面光源(图8-8(d))
I I max sin
I max
2
光源的光强分布是一个圆环面，它由一个直径为Imax的圆绕圆柱光源 轴线旋转而成。
8.1.2用偏光光度计测量发光强度
马丁斯偏光光度计的结构如图 8-5 所示。在测量发光强度时， 使待测光源C垂直照亮漫射屏P， 再经两块棱镜的折转，照亮漫 射屏 W1 ，参考光源 V 直接照亮 漫射屏W2，W1和W2相当于图8-4 中光源 a 和 b 。仪器中尼可尔 (Nical) 棱镜起检偏的作用。 设它的检偏角相对零位为 ， 则 通 过 它 后 W1 的 亮 度 减 为 LW1cos2 ， W2 的 亮 度 减 为 LW1sin2 。仪器可绕 ZZ 、 LL 轴转动，保证待测光源 C 可垂 直照亮漫射屏P。
(3) 保证光源工作稳定
为保证所测光强度数值的精度要求，对光源的工作电压 和电流必须有较高精度的控制。例如，对于某种真空低 压灯泡，发光强度I随光源工作电压V或电流i变化的关系 分别为
dI dV 3.37 I V
dI di 6.09 I i
如果要求光源的发光强度变化不超过 0.5% ，则工作电压 的相对精度要求为 0.15% ，工作电流的相对精度要求为 0.08%。即要保证发光强度稳定在一定的精度范围内，对 工作电流的精度要求高于对电压的要求。
8.1.4 光强度测量中应注意的问题
(2) 导轨距离读数的精度
根据给定的光强度测量精度，从描述光强度、照度和距 离的关系可得到所需要的距离读数精度，由于距离是平 方值，故相对误差为
dI dr 2 I r
如果光强度测量时允许相对测量误差为 0.5% 。则最大相 对距离精度允许误差为0.25%。
8.1.4 光强度测量中应注意的问题
k2 I s C Ev 2 ctg 2 0 k1 rs
8.1.2用偏光光度计测量发光强度
用仪器测待测光源的光强度时，测出待测光源到漫射屏P的距离rc， 则
Ic 2 ctg C 2 rc
Ic Cr tg
2 c 2
式中，是待测光源C与比较光源V的视场亮度达到光度平衡时尼可 尔棱镜的转角。
8.1.3 用客观光度法测量光强度
客观光度法测量光强度时，所使用的光接收器是光辐射探测器， 即对标准光源和待测光源在接收器全部有效面积上的照度进行比 较，判断出待测光源光强度。 如果探测器位置固定，保持光源座与光辐射探测器的距离不变， 先将标准光源S放在光源座上，测得光电流为is，再用待测光源C替 换光源S，测得光电流ic，则可求得待测光强度Ic：