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:2009-9-7

1 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（Φe），单位为瓦。其中波长为λ的辐射通量

与λ值有关，总的辐射能量可以用下式计算：

(1)

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V(λ)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(λ))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Φ是辐射通量以光谱光视函数V（λ）为权重因子的对应量。设波长为λ的光的辐射通量为Φe（λ）。则对应波长的光通量为：

（2）

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Φe和Φ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：

（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）

式中dΩ是点光源在某一方向上所张的立体角元。

图2: 光强示意图

一般来说，发光强度随方向而异，用极坐标(θ,φ)来描写选定的方向时，I(θ,φ)表示沿该方向的发光强度。

在国际单位制中，发光强度的单位为坎德拉(Candela)，单位代号：坎(cd)。

值得指出的是，在国际单位制中，发光强度的单位是国际单位制中七个基本单位之一，光度学中其它单位均为导出单位。

5 照度

照度是表征受照面被照明程度的物理量，它可用落在受照物体单位面积上的光通量数值来量度，如果照射在物体面元dA上的光通量为dΦ，则照度E可表达为:

（5）

照度的单位称为勒克斯(lux)，单位代号：勒(lx)。

图3照度示意图

对点光源来说dΦ=IdΩ，因而照度为：

（6）

式中R为点光源距受光物体元面积dA中心的距离。由此可见，点光源所造成的照度反比于光源到受照面的距离的平方，而正比于光束的轴线方向与受照面法线间夹角α的余弦。此即在光度量测中十分重要的照度平方反比定律。

6 亮度

单位表面上在某一方向的光强密度，它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的投影面积之比。即被视物体在视线方向单位投影面积上的发光强度。

图4: 亮度示意图

（7）

式中dA为被视物体的面积元，θ为面元法线与观察方向间的夹角，dΩ是面元在某一方向上所张的立体角元,d2Φ是面元在观察方向的立体角元内的光通量，dI是面元观察方向的发光强度。光亮度的SI单位为坎德拉每平方米。

2.色度学基本概念