光度学的几个基本概念
光度学基本概念
1.光度学基本概念光度学基本概念发布于:2009-9-71辐射通量研究电磁波辐射的测试、计量和计算的学科称为''辐射度学〃。
单位时间内通过某一截面的辐射能即为辐射通量，又称辐射功率（①。
，单位为瓦。
其中波长为人的辐射通量①」㈤与人值有关，总的辐射能量可以用下式计算：2光视效率函数人眼能响应的可见光部分只是电磁辐射的一小段（380nm〜780nm）,而人们最关心的也是这段的辐射带给人眼的''明亮"和"颜色"的感觉。
然而，各个波长的光给人眼带来的''明亮〃的感觉并不一致，而且这种视觉反应因个体的差异而有所不同。
为了统一度量便于科学、工业等的交流,CIE（国际照明委员会）在大量心理学、物理学实验的基础上，总结出了光视效率函数。
图1.1是明视觉下的相对光视效率函数曲线，以VS）表示，该曲线中，555nm 即黄绿色时的光视效率最高，记为1。
在中间视觉和暗视觉下，相对光是效率函数曲线左移。
图1： CIE 明视觉光视效率（v （A ））曲线研究光的测试、计量和计算的学科成为''光度学〃，它以人眼与电磁辐射的交互作用为基础，所量测的不是纯粹的 物理量，而是一种心理物理量。
3光通量光通量①是辐射通量以光谱光视函数V （入）为权重因子的对应量。
设波长为人的光的辐射通量为①e （入）。
则 对应波长的光通量为:式中Km 为比例系数，是波长为555nm 的光谱光视效率，也叫最大光谱光视效率，由①e 和①的单位决定。
光通量的SI 单位为流明，Km = 683流明/瓦。
复色光的光通量是对所有波长的光通量求和:r 79：i『用0我飞户㈤血二双％肛救力⑪血（3） 4发光强度发光强度表示在指定方向上光源发光的强弱，它可用点光源在单位立体角中发出的光通量的数值来量度，可 表达为:(4)以㈤二心孙巳⑷ （2）式中dQ是点光源在某一方向上所张的立体角元。
光度学与色度学基本概念及应用 LCD LCM LED 背光
光源的色度指标 色温 显色性 颜色的三个心理特征 明度 色调 彩度 混色及颜色匹配
颜色与光谱
颜色 波长范围(nm) 红 620-780 橙 590-620 黄 560-590 黄绿 530-560 绿 500-530 青 470-500 兰 430-470 紫 380-430
常用LED颜色对照表
由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉， 而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此，可以用日光标准（参 照光源），将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源（待测光源）与其比 较，显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。
我国国家标准“光源显色性评价方法GB5702-85”中规定用普朗克辐射 体（色温低于5000K）和组合日光（色温高于5000K）做参照光源。
R G B (C) (R) (G) (B) RG B RG B RG B r (R) g (G) b(B)
r g b 1
对标准白光：
R G B 1
rw gw bw 1/ 3
CIE1931-RGB真实三原色表色系统
546.1 nm b 435.8 nm
三原色色度单位量值确定
CIE规定，当三原色与亮度为5.6508 cd/m2 的等能白光 E 相匹配时，各原色各具有一个色 度学单位，即：
(R) 1.0000 cd/m (B) 0.0601 cd/m
2 2
(G) 4.5907 cd/m
dS d 2 r
发光强度
（Luminous intensity or angular intensity 单位：Candla (cd)）
点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作 Iv，即
光度学基本概念
Me
Me d e ds
d e
Ee
Ee d e ds
d e
A ds
A ds
单位：瓦每平方米（W/m2） 单位：瓦每平方米（W/m2） 不管向哪个方向辐射，描述辐射体表面不同位置 上单位面积的辐射特性
光度学基础 五、辐射亮度 辐射体表面某点附近，在某一指定方向上单位立体角内单位 投影面积上发出的辐射通量 符号：
x l x x2 1
P
l2
K e 15 100 119.36cd 4 4
x
l
令OP x, 则l x 2 1, cos
I ( x / x 2 1) 代入E公式得E x2 1
l2
2
要使B点光照度最大，令 整理化简后得1 2 x 2 0 x 0.7071m
o
光度学基础 二、立体角的计算 假定一个圆锥面的半顶角为 ，求该圆锥所包含的立体角大小。 以r为半径作一圆球，假定在圆球上取一个 d 对应的环带，环带宽度为 rd ，环带半径 为 r sin ，所以环带长度为2r sin ，环带总 面积为
ds rd 2r sin 2r 2 sin d d 它对应的立体角为 ds 2 sin d 2d cos r2 将上式积分得
代回发光强度表示式， 若
I 683V ( ) I e
K ( )表示辐射通量中有多少可以转变为光通量。
I 1cd d 1sr 则 d Id 1 流明（lm）
光度学基础 4、连续光谱的光通量计算 有了光谱光视效能后，光通量公式可写成
d CV ( )d e K ( )d e
§6-5
一、光照度公式
假定点光源照明微小平面ds，ds离开光源距离为l，表面法线 方向与照明方向成 ，若光源在此方向上发光强度为I，求光 源在ds上的光照度。
《光度学的基本概念》课件
光度学的基本量
光通量
描述光源发出的总光功率，单 位是流明。
光照度
描绘单位面积上接收到的光通 量，单位是勒克斯。
照度计
测量照度的工具，通常用于环 境照明设计。
光度学的应用
1Байду номын сангаас
环境照明设计
优化建筑物内光的使用，提高照明质量和节能效益。
2
光电子学
应用于传感器、光纤通信、发光二极管等电子学器件中。
3
医学和生物学
《光度学的基本概念》 PPT课件
欢迎来到本节课程！光度学是研究光的物理学分支，这门学科有着广泛的应 用。在接下来的几个章节中，我们将介绍光度学的基本概念和应用，以及探 讨光度学在未来的发展前景和挑战。
什么是光度学
定义和作用
光度学是研究光的物理学分支，研究光的各 种物理量和现象。
历史
早在古希腊时期，柏拉图和亚里士多德就对 光的本质做出了分析和解释。
光度学的发展前景 和挑战
随着光学技术的不断进步， 我们预计在未来会有更多创 新的光学技术应用于各个领 域，但同时也面临着挑战和 未知。
推广光度学知识的 必要性
通过推广光度学的知识，我 们也能帮助更多人了解光的 本质以及如何合理使用光， 创造更美好的生活。
用于疾病治疗和脑神经控制等领域。
光度学的未来
• 光学技术的发展将使得更高效的光源和光学器件成为可能。 • 光度学在科学研究中的作用将变得越来越重要。 • 光度学会越来越多地应用于工业和日常生活中。
总结
光度学在人类社会 中的重要性
无处不在的光线对我们的日 常生活有着巨大的影响，了 解光的物理特性对我们正确 使用光具有重要意义。
光度学四个光度名词讲解
中文名称与光度学单位名称容易混淆： 日常文字中提到的亮度含义 可能指四个单位中任意一种 ？
日常中文提到亮度含义可能指： 1， 日光灯亮度亮---光通量F（lm）； 2，手电光亮度亮---光强I（cd）； 3，房间亮度亮---照度E（lx）； 4，霓虹灯亮度亮---亮度L（cd/m2 ）。
* 英文brightness也有同样现象。
照度Ｅ：同样光照下，黑色台面和白色台 面，看上去哪个亮？
号∶sr）也称1sr 立体角 r
1sr=71.80961o
点光源
西方研究光度学时间是要早于电灯发明，那时主要人工光源是蜡烛， 英文candela。为了度衡光度用多少支蜡烛光来计量。 解放初期上海市民称15W白炽灯为15支光（ 15支蜡烛光）。 我们现在就定义一支标准蜡烛。它光源非常小象个点。为了减少烦恼我们 不关心标准蜡烛如何定义。标准蜡烛光通量=4πlm=12.566lm。
光通量 F (Luminous flux) 单位： lm (lumen)（读流明）
测量用积分球。
书桌台面受到光照多少 称照度
一盏或多盏灯照明书桌台面,如果光照到多看书则亮。这个 受到光照多少称照度lx。教室书桌台面照度一般需要大于300lx。 照度 E（Illuminance） 单位：lx（读勒克斯）
目录
• 前言 • 概念
光的多少称光通量
书桌台面受到光照多少称照度
一束光射远而强的能力称光强
眼睛看到电视屏幕感觉亮不亮称亮度
• 定义 几个数学名词：圆；球；球面；圆面角；4π； 点光源
光通量F(lm)定义 照度E(lx)定义 光强I(cd)定义 亮度L(cd/m2 )定义 定义小结
目录
• 进一步理清概念 中文名称与光度学单位名称容易混淆：日常文字中提到的亮度 含义可能指四个单位中任意一种 ？ 照度E（lx）：同样光照下，黑色台面和白色台面，看上去哪个亮？ 光强I（cd）：平行光光强 如何计算？ 亮度L（cd/m2）：看到马路上一排路灯，近的比远的亮？
光照度
在光度学中是没有“光强”这样一个概念的。
常用的光学量概念有发光强度、光照度、光出射度和光亮度。
“光强”只是一个通俗的说法，很难说对应哪一个光度学概念。
以上所说的几个概念都是有严格的物理定义的：发光强度：光源在单位立体角内发出的光通量，单位是坎德拉，即每球面度1流明。
光照度：被照明面单位面积上得到的光通量，单位是勒克斯，即每平方米1流明。
光出射度：光源单位面积上发出的光通量，单位与光照度相同。
光亮度：单位面积上沿法线方向的发光强度，或称单位面积在其法线方向上单位立体角内发出的光通量，单位是尼特，即每平方米每球面度1流明。
由于发光强度、光亮度与方向有关，容易推导出：各个方向上光亮度相同的光源其发光强度是方向的余弦函数，在法线方向上发光强度最大，称为余弦辐射体，也叫朗伯光源。
各个方向上发光强度都相等的光源其光亮度就是不等的。
发光强度、光出射度和光亮度都是表示光源的发光的发光特性的。
楼上所说考虑太阳到地球距离的平方是将太阳当成点光源，利用地面上的照度计算太阳的发光强度。
而把太阳朝向地球的这一面作为一个面光源，再除以这个面积就是太阳在与地球连线方向的光亮度。
当然这与太阳直接发光的发光强度或光亮度相比是有下降的，因为太阳光经过大气还要衰减的。
这些光学量都用到光通量，光通量是与辐射能通量相对应的光学量，因为光是一种电磁辐射。
不同波长的电磁波1瓦的辐射能通量所相当的光通量是不一样的，换算到光通量要考虑人眼的光谱灵敏度曲线，即人眼对不同波长同样的辐射能通量所感受到的光是不一样的，如红外光、微波、紫外光等人眼是看不见的，而400nm到760nm波长的可见光是人眼能看得见的。
在物理光学中也提到“光强”，是用麦克斯韦方程组解出光的电矢量，电场强度的平方就是物理光学中的光强，主要用于计算干涉、衍射效应得到的图形。
在光学各相关学科中光强度是一个比较含糊的概念，不同的分支有不同的说法，有的等同于发光强度，有的等同于光照度，有的等同于光亮度。
大学《光学》复习要点
,R kN kN
15、光学仪器的像分辨本领：
艾里斑：
1.22
D
, D 2a
D
瑞利判据： m 1.22
16、马吕斯定律： E E E0 cos
I I 0 cos
2
IM Im I P IP 17、偏振度： P IM Im Fra bibliotek In IP
18、巴比涅原理 19、瑞利判据 20、马吕斯定律 21、布儒斯特定律 22、光的偏振态：自然光、线偏振光、 部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光 23、双折射：o光和e光 24、光的本性
二、基本公式及知识点
sin i1 n2 n12 1、折射定律： sin i2 n1 n i c arcsin 2 , n1 n 2 n 2、全反射： 1 min sin 2 n
2f
暗纹条件：sin
14、多缝夫琅和费衍射和光栅： 多缝衍射的强度公式：
d sin N 2 a sin ， I I0 ( ) ( ) sin ， sin
2
sin
暗纹条件：
m d sin ( k ) N
k 0, 1, 2, 3, m 1, 2,3, , N 1
2
L
4 nh cos i
I0 IR (1 R)2 1 4 R sin 2 ( / 2)
半角宽的具体计算:
1 R ik 4 nh sin ik 2 nh sin ik R
12、菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射： 1 半波带法： A( P0 ) [ A1 (1)( n 1) An ] 2 矢量图解法：
工程光学笔记总结
工程光学笔记总结一、几何光学基本定律与成像概念。
1. 直线传播定律。
- 光在均匀介质中沿直线传播。
例如小孔成像现象，就是光直线传播的体现。
- 应用：针孔相机的原理就是基于光的直线传播，光线通过小孔在成像面上形成倒立的实像。
2. 独立传播定律。
- 不同光线在空间相遇后互不干扰，各自沿原方向传播。
- 例如多束光在空间交叉时，每束光的传播路径不会因为其他光线的存在而改变。
3. 反射定律。
- 反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内；反射光线和入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角，即i = i'。
- 在平面镜成像中，像与物关于镜面对称，这是反射定律的重要应用。
4. 折射定律。
- n_1sinθ_1=n_2sinθ_2，其中n_1、n_2分别是两种介质的折射率，θ_1是入射角，θ_2是折射角。
- 全反射现象：当光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角θ_c=arcsin(n_2)/(n_1)时，发生全反射。
光纤通信就是利用了全反射原理，光在光纤内部通过不断全反射来传输信号。
5. 成像概念。
- 物点发出的光线经光学系统后，重新会聚于一点（实像）或光线的反向延长线会聚于一点（虚像）。
- 像的大小、正倒、虚实等性质取决于光学系统的特性和物像之间的相对位置。
二、理想光学系统。
1. 基点和基面。
- 焦点（F,F'）：平行于光轴的光线经光学系统后会聚（或其反向延长线会聚）的点。
- 主点（H,H'）：物方主点和像方主点，通过主点的光线方向不变。
- 节点（N,N'）：通过节点的光线，其出射光线与入射光线平行。
- 焦平面：过焦点且垂直于光轴的平面。
- 主平面：过主点且垂直于光轴的平面。
2. 成像公式。
- 高斯成像公式(1)/(l')+(1)/(l)=(1)/(f)，其中l为物距，l'为像距，f为焦距。
- 牛顿成像公式xx' = f f'，其中x为物点到物方焦点的距离，x'为像点到像方焦点的距离。
光度学的几个基本概念
光度学的几个基本概念0、前言经常发现一些爱好者对对光度学的一些基本概念比较模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的单位是什么？如何测量亮度？本文将试图以不失严格性的情况下尽量通俗的回答这些问题，因此，文中列举了大量的例子，同时给出四个量之间的关系和转换算法，这也是大多数光学书里所没有的。
光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。
这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。
正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。
1、发光强度（I、Intensity），单位坎德拉，即cd。
定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。
这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。
可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。
发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。
现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。
之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。
用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。
因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。
很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED手电有用，但可观察角度也受限。
另外，同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。
光度学四个光度名词讲解
光通量=4πlm=12.566lm
光通量F(lm)定义 定义 光通量
定义：标准蜡烛1面度角光通量 1lm=标准蜡烛F /4π。 光通量F；单位lm。
用途：主要用于衡量光源能力， 一支60W白炽灯约750lm。
特征： 没有方向概念，没有密度 概念, 是区域片总和值。
照度E(lx)定义 定义 照度
定义：标准蜡烛1米处照度L=1lx。 得公式 ：E=F/A 式中：F光通量 ； A面积；单位平方米 m2。 式意义；照度定义为流明每平方米。 用途：主要用于衡量照明能力
亮度L(cd/m2 )定义 亮度 定义
定义：距离标准蜡烛1米处设个屏幕，从远处对着 烛光 方向看屏幕亮度=1/π cd/m2。 （注）
用途：主要用于衡量屏幕亮度 距离1m
特征：有方向概念，（有发光角度概念）， 有密度概念, 是点数值。
注：面发光
定义小结
为了便于记忆：设光强1cd点光源外套半径1米圆球。
亮度Ｌ（ 亮度Ｌ（cd/m2 ）看到马路上一排路灯， Ｌ（ 近的比远的亮？
正确答案是一样亮。视觉对物体远近在视网膜成像有 尺寸改变亮度无变化。
四种单位可否换算：有否先决条件？ 四种单位可否换算 如何换算？
先决条件是近似点光源可以换算： 已知光强cd和发光角度求光通量。
F= I 2π (α /180 ) 2 。 α < 180 o ; F= I 2π(２- ((360-α) /180)2 )。 α > 180 o ; 式中F光通量；I光强： α 发光角度：单位度o 。
概念
在说明四个光度单位前，设想一下如果是你应该如何来衡 量光的度值。
光的多少称 光通量
就如日常生活衡量钱币的多少单位是元一样 ，衡量光多少 的单位是光通量 lm。 可以讲600lm灯泡比150lm灯泡光多发光 450lm。 光通量 F (Luminous flux) 单位： lm (lumen)（读流明）
色度学和光度学的基本概念
钨丝灯
10~20
30 30~60
光效（lm/W)=流明数÷电功率
卤钨灯 荧光灯
高压泵灯
LED
60~70
90~100
10
3、光强
光强：单位立体角中的光通量(cd)。表征光源各个角度的发 光强度。
Led 配光曲线
11
4、照度
照度：单位面积内的光通量（lx）。表征物体被光源照亮的 强度。 下图为平常生活照度
环境 烈日 阴天 阅读 办公室、教室 满月 星光 照度（lx） 100000 8000 500 300 0.2 0.0003
12
5、亮度
亮度：单位面积内的光强度（nit)。表征人眼所接受光通量 的强度。
人眼所能接受的最大光亮度为3000nit，再大人眼感觉眩光。13来自 Z kx
400
X X Y Z Y y X Y Z Z z X Y Z
4
S(λ)为光源的光谱功率分布 R(λ)为物体的透射反射函数
3、RGB模型
•最典型最常用的面向 硬设备的彩色模型是 RGB模型。电视摄像机 和彩色扫描仪都是根据 RGB模型工作的。RGB 模型是一种与人的视觉 系统结构密切相连的模 型。 •国际照度委员会CIE所 规定的红绿蓝这三种基 本色的波长分别为 700nm，546.1nm， 435.8nm。
• HSV色彩模型使用了用户直观的 颜色描述方法，用H表示色调、S 表示饱和度，V表示明度值。 • 色调H由角度表示，它反映了颜 色最接近什么样的光谱波长，即光 的不同颜色。通常假定0°表示的 颜色为红色， 120°的为绿色， 240°的为蓝色。从0°到360°的 色相覆盖了所有可见光谱的彩色。 • 饱和度S表征颜色的深浅程度， 饱和度越高，颜色越深。
光度学基本概念
发光体某点在给定方向上的发光 特性。
光度学基础
计算举例：有一均匀磨砂球形灯,直径为17cm,光通量为2000lm,求该 灯的光亮度.
解:根据光亮度与发光强度的关系来求.
L I dsn
I
2000 4
159.15cd
dsn
R灯2
( 0.17 )2 2
2.27 102
d
ds
cos l2
d
Ids cos l2
E
I
cos l2
光照度公式
光度学基础
注意：公式是在点光源情况下导出的，对于发光面积和照明距离 相比很小的情况也可以用。发光面积大时，如日光灯在室内照明 ，就不能用了；但室外用日光灯，在远距离照度又可以应用。
问题：同样一间屋子，用60W钨丝灯比用40W钨丝灯照明显 得亮？
光度学基础
概述
▲ 光学系统是一个传输辐射能量的系统 ▲ 能量传输能力的强弱，影响像的亮暗
▲光度学：在人眼视觉的基础上，研究可见 光的测试计量计算的学科 ▲辐射度学：研究电磁波辐射的测试计量计 算的学科
光度学基础
§6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用
一、立体角的意义和单位
平面上的角：
1弧度
光度学基础
光，在某一方向上辐射强度Ie 上的发光强度为1cd。
1 683
(W
/
sr
)
，则发光体在此方向
1cd c 1 1 W / sr 683
c 683(cd sr ) W
代回发光强度表示式， I 683V ()Ie
若 I 1cd d 1sr
《光度学基本知识》课件
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光的反射定律：光在两种介质的交 界面发生反射，入射角等于反射角
光的全反射定律：当光从一种介质进 入另一种折射率较大的介质时，如果 入射角大于临界角，光将全部反射回 原介质
光的反射定律：光在两种介质的界面上，从一种介质进入另一种介质时，会发生反射现象。
反射定律的内容：入射角等于反射角，即入射光线与反射光线在同一平面内，入射光线与反射 光线的夹角相等。
光的折射定律可以用斯涅尔定律来描述，即光在两种不同介质中的传播速度与介质的折射率成正比。
光的折射定律在实际生活中有很多应用，例如光学仪器、光纤通信等。 光的折射定律还可以用来解释一些自然现象，例如彩虹、海市蜃楼等。
光的吸收定律是光度学的基本定律之一，描述了光与物质相互作用的过程。 光的吸收定律表明，当光通过物质时，一部分光会被物质吸收，另一部分光会穿过物质。 光的吸收程度与物质的性质、光的波长、光的强度等因素有关。 光的吸收定律在光学、光电子学、光化学等领域有着广泛的应用。
光度学的基本应用
照明设计原则：满足视觉需求，提高工作效率 照明设计方法：根据空间功能、环境特点选择合适的照明方式 照明设计要点：考虑光源、灯具、照度、色温等因素 照明设计应用：办公室、商场、住宅、学校等不同场所的照明设计
曝光控制：通过调整光圈、快门速度和ISO值来控制曝光量
构图技巧：运用三分法、对称法、引导线等构图技巧来增强照片的视觉效果
投影仪：利用光 学原理，将图像 投影到屏幕上， 实现大屏幕显示
光度计：用于测量光强的仪器 光度计原理：利用光电效应，将光强转换为电信号 光度计分类：照度计、亮度计、色度计等 光度计应用：照明设计、摄影、电影制作等领域
光度学的未来发展
光度学基本知识
p/ 51
室内灯具概算
平均照度=光源光通量×灯具数量×CU ×维护系数 /(长×宽) 灯具数量=平均照度×长×宽/(光源光通量× CU ×维护系数)
p/ 52
室内灯具概算
p/ 53
在报告的最后，会附上光强数据表。
p/ 54
投光灯 直角坐标配光曲线 等光强曲线
p/ 21
Type C
p/ 22
p/ 23
Type B
p/ 24
• B型坐标 • B型坐标系统的说明如图。极轴在水平方向。
水平半平面内的角度数据叫做H角度，到此 平面的垂直角度是V角度。使用（H，V）坐 标指示球面上的某点。 H 0 °在赤道圈上。 灯具口面通常瞄准点（0，0），并且V 0 °平 面垂直于灯具口面。H角度的范围是从-90 ° 至90 °。V角度范围从-180 °到180 °， -90 °将在最低点，90 °在最高点。泛光灯光度 数据通常使用Type B坐标系
p/ 25
p/ 26
Type A
p/ 27
• A型坐标 • A型坐标系统的说明如图。极轴在竖直方向。
竖直半平面内的角度数据叫做α角度，到此 平面的垂直角度是A角度。使用（A， α ） 坐标指示球面上的某点。 α 0 °在赤道圈上。 灯具口面通常瞄准点（0，0），并且α 0 °平 面垂直于灯具口面。 α角度的范围是从-90 ° 至90 °。A角度范围从-180 °到180 °， -90 °将在最低点，90 °在最高点。汽车车灯光 度数据通常使用Type A坐标系
型号 名称
A
直接型
B
半直接型
C
均匀扩散型
D
半间接型
光通量、发光强度、照度、亮度、色温等概念
光通量、发光强度、照度、亮度、色温等概念光通量、发光强度、照度、亮度、色温等概念光通量、发光强度、照度、亮度、色温等概念0、前言光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱），它只是电磁波谱上的一段频谱（波长为380-780nm）。
光是由一种称为光子的基本粒子组成，具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。
衡量灯具发出的光的主要参数有色温、照度、亮度、光通量、显色性、发光效率和发光强度。
光度学与光相关的常用量有4个：光通量、发光强度、照度、亮度。
这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。
正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。
评价LED质量还有另外3个直指标：显色性、色温和光效。
1、光通量（F，Flux），单位流明（lm）。
（是光源的固有属性，是单位时间内光源辐射的总能量,即光功率）定义：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量解释：同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。
光源的光通量越大，则发出的光线越多对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4πI。
也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4π =12.56 lm。
与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。
要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。
要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。
2、发光强度（I，Intensity），单位坎德拉（cd）。
（是点光源的固有属性，表征光线的汇聚能力）定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，表示光源在某球面度立体角(该物体表面对点光源形成的角）内发射出1lm的光通量。
1cd=1lm/1sr （sr-----立体角的球面度单位）。
1cd定义：在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K或1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为 1 坎德拉（Candela，简写cd）。
第1章 光电检测技术中的基础知识
（2）空穴扩散电流密度
J
pD
qD
d ( p )
p
dx
Dn和Dp是电子和空穴的扩散系数,式中负号表示空穴扩 散方向由高浓度向低浓度运动。
2、漂移运动
漂移运动是在电场作用下，除了热运动之外获得的 附加运动。 如在外加电场的作用下，电子的电流密度：
（2） 发光强度Iv：点光源单位立体角内所发出的光 通量，称为光源在该方向上的发光强度。
I v d v / d
单位：cd ，是国际单位制中七个基本单位之一。 1cd是指光源在给定方向上发出波长为555nm的单 色辐射，且其辐射强度是1/683W/sr。
意义：描述光源发出的光通量在空间一定范围内的分布 值。
cd,lm/sr
nt, cd/m2 lx,lm/m2 lx,lm/m2
I d / d
L d / d dA cos
2
＝ dI / dA cos
辐射出射度 Wm-2 辐射照度 Wm-2
M d / dA
E d / dA
辐射度学与光度学的比较 1、两者的相同点： ①光度量和辐射度量的定义、定义方程是
3、非平衡载流子的产生 产生非平衡载流子的方式：光照、电注入或其他能 量传递方式。 如：光照产生非平衡载流子的过程，如图所示：
n
光照
p
在一般情况下，注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度 小很多，如n型材料，△n≤n0, △p≤n0,满足这个条件称小注入。
4、非平衡少数载流子寿命
有光等外界影响发生时，载流子产生率大于复合率，并最 终平衡；光等外界因素消除时，复合率大于产生率，并最后 趋于平衡。 当给半导体材料去掉外界条件（停止光照）时，由于净复 合的作用，非平衡载流子会逐渐衰减以致消失，最后载流子 浓度恢复到平衡状态时的值。但非平衡载流子不是立刻消失， 而是有一个过程，即他们在导带和价带上有一定的生存时间。 这些非平衡少数载流子在半导体内平均存在的时间称为非平 衡载流子的寿命，简称少子寿命， 用τ 表示。非平衡少数 载流子寿命的衰减规律成指数衰减
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0、前言
经常发现一些爱好者对对光度学的一些基本概念比较模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的单位是什么？如何测量亮度？
本文将试图以不失严格性的情况下尽量通俗的回答这些问题，因此，文中列举了大量的例子，同时给出四个量之间的关系和转换算法，这也是大多数光学书里所没有的。
光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。
这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。
正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。
1、发光强度（I、Intensity），单位坎德拉，即cd。
定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，
解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。
这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。
可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。
发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。
现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。
之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。
用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。
因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。
很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED手电有用，但可观察角度也受限。
另外，同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm 的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。
之所以用发光强度来表示手电或LED，是因为在相同距离下对被照射地的照度
是与这个成正比的。
特别的说，距离1m的lx就是cd值。
但是，很多场合下我们需要照射面积大一些，所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的能力。
比如，同样的筒身，换个大头（大反光杯）则I值马上增大许多。
因此，很多情况下我们用光通量（单位流明，见下）来表示手电了。
以上我们说“亮”和“亮度”时带了引号，是因为这是我们常规说的亮度，并非光度学严格意义上的亮度，这一单位后面会展开。
常见光源发光强度（cd）：
太阳，2.8E27
高亮手电，10000
5mm超高亮LED，15
2、光通量（F，Flux），单位流明，即lm。
定义：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量
解释：同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。
光源的光通量越大，则发出的光线越多
对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4πI。
也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4π=12.56 lm。
与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。
要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。
要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。
人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。
对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。
这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。
对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。
对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。
例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。
至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1W的电功率到底能转
化成多少光通量。
如果全部转换成555nm的光，那就是每瓦683流明。
但如果有一半转换成555nm的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5流明。
白炽灯能达到1W=20 lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。
测量一个不规则发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。
常见发光的大致效率（流明/瓦）
白炽灯，15
白色LED，20
日光灯，50
太阳，94
钠灯，120
3、光照度（E，Illuminance），单位勒克斯即lx（以前叫lux）。
定义：1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度
解释：光照度是对被照地点而言的，但又与被照射物体无关。
一个流明的光，均匀射到1m2的物体上，照度就是1 lx。
照度的测量，用照度表，或者叫勒克斯表、lux表。
事实上，照度是最容易测量的了（相对其它三个量），照度表很便宜就可以买到（几百元）。
为了保护眼睛便于生活和工作，在不同场所下到底要多大的照度都有规定，例如机房不得低于200 lx。
阳光下的照度是自然界里面很大的也很常见的了，为11万lx左右（自己实测）。
我刚才测量了一下，房间是3.8mx6.5m，有12个20W的日光灯管，桌面照度为400勒克司。
常见照度（勒克司）：
阳光直射（正午）下，110,000
阴天室外，1000
商场内，500
阴天有窗室内，100
普通房间灯光下，100
满月照射下，0.2
4、一个综合计算的例子。
一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光。
我们可以认为灯泡在空间上发光是均匀的，那么距离该灯泡1米处，
其照度为400/12.56=32勒克司。
其中12.56 = 4π，就是半径1米的球体的表面积（已经假设400流明的光是均匀分布在这个球体上的）。
再假设被照射物体是某种绿色漫反射的，反射率是15%，那么，这个绿色物体被照射后就成为被动发光的，其表面亮度是15% * 32 / π= 1.5尼特。
5、Q&A
问1、如何把LED的光会聚到一点？
答1，这是不可能的。
光学上有个定律，叫做像的亮度永远不大于光源的亮度。
LED是有发光面积的，因此有亮度，要是把全部或者大部分光会聚成很小的区域，其亮度就超过LED本身的亮度了，因此是不可能的。
为了尽可能的会聚，只能增大反光碗/聚光镜的尺度。
用组合透镜或者其它办法无济于事。
问2，如果有一个电光源，可以把全部的电功率转化成白色的可见光，理论上的效率有多高呢？
答2，上面已经说过，要根据白色光的光谱而定。
对于太阳光来讲，为94流明/瓦。
CIE1931色度系统的光效是很差的，因为红色选择了700nm的长波。
相比之下，CRT电视或者是LED 电视的光效就高得多，为300流明/瓦。
问3，照度和被照物体的亮度有什么关系？
答3，亮度=反射率*照度/π
问4，激光为什么亮度高？
答4，激光是在两端严格平行的谐振腔内多次谐振而发射出来的，因此平行度非常高，发散角非常小。
又因为亮度是单位立体角内所发出的光流，因此作为分母的立体角度就很小，亮度自然就高了。
高亮度的激光体现在可以传播非常远而不发散，或者在近处可以会聚成非常小的光斑。
问5，如何测量手电或者LED的发光强度？
答5，在黑暗中把照度表的探头放到地上，距离1米处的把手电或LED向下照射测得照度的勒克司值，就是其发光强度的cd值。
问6，如何用照度计测量亮度？
答6，亮度计和照度计是两个东西，不能直接替代的。
亮度计是测量发光体的亮度的，而照度计是测量被照射地点的照度的。
但是，如果想知道比较大一些面
积的发光体比如灯箱的亮度，同时这个物体触手可得，那么可以用照度计的探头直接贴在发光体上，读出勒克司值后再乘上一个系数，就是亮度的尼特值。
问7，如何测量一个灯泡的发光效率？
答7，可以用照度表，黑天在室外找一个相对较暗且空旷的地点，需要一个比较稳定的电源和照度表。
空旷的目的是不要有反射光照射到照度表上，因此测试时身体尽量远离灯泡和照度表，照度表表头距离灯泡中心1m处测得照度值为E，则
效率= 4 * π* E / N，结果单位是流明/瓦，其中N为灯泡功率
例如灯泡为N=40W，读数为E=35.0 lx，那么效率就是12.56 * 35 / 40 = 11流明/瓦。