光度学

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光度学是1760年由朗伯建立的,且定义了光通量、发光强度、照度、亮度等主要光学光度学参量,并用数学阐明了它们之间的关系和光度学几个重要定律,如照度的叠加性定律、距离平方比定律、照度的余弦定律等,这些定律一直没用至今,实践已证明是正确的。

在可见光波段内,考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学。

光度学除了要定义一些物理量并确定相应的测量单位外,还要研究测量仪器的设计、制造和测量方法。对各种光源进行光度的特性测量广泛应用于光学工业、照明工业、遥感遥测、色度学和大气光学等领域。对各种光敏和热敏探测器也需要运用光度的测量技术来确定其灵敏度及响应特性。

光度学通常引进下述物理量来进行描述:

①光通量。

在光度学中,光通量明确的被定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量。

辐射通量以光谱光视函数V(λ)(即视见函数,见可见光)为权重因子的对应量。设波长为λ的光的辐射通量为Φe(λ)。对应的光通量为

Φv(λ)=KmV(λ)Φe(λ)

式中Km为比例系数,是波长为5550埃的光谱光视效能,也叫最大光谱光视效能,由Φe和Φv的单位决定。光通量的SI单位为流明,Km=683流明/瓦。复色光的光通量需对所有波长的光通量求和。

②发光强度。点光源在某方向上单位立体角内的光通量,记作Iv,即Iv=dΦv/dΩ。发光强度的SI单位为坎德拉,是光度学中的基本单位,1979年第十六届国际大会通过的坎德拉的定义为:坎德拉是发出频率为540×1012赫兹的单色辐射源在给定方向上的发光强度,该方向上的辐射强度为1/683瓦/球面度。

③光亮度。它表示单位面积上发光强度。辐射亮度的光度学对应量,其定义为:lv=(div)/dscosθ

式中dS为面光源上的面积元,θ为面元法线与观察方向间的夹角,div是面元在观察方向的发光强度。光亮度的SI单位为坎德拉/米2。光亮度的其他常用单位有熙提和朗伯,

1熙提=104坎德拉/米2,

1朗伯=104/π坎德拉/米2。光亮度一般随观察方向而变,若一辐射体的光亮度是与方向无关的常量,则其发光强度与cosθ成正比,此规律称为朗伯定律,这种辐射体称为朗伯辐射体或余弦辐射体。黑体是理想的余弦辐射体。

④光照度。单位受照面积上接收到的光通量,单位为流明/米2 ,称勒克斯。发光强度为Iv的点光源在离光源的距离为r处的照度为:Ev=(Iv/r2)cosi

式中为光沿r方向射到受照面的入射角,入射光垂直入射时,=0,Ev=Iv/r2 ,此即光照度的平方反比律。

⑤光出射度。从辐射源单位表面积发出的光通量。漫反射面受光照后,其光出射度与光照度成正比,比例系数小于1,称漫反射系数

光出射度(luminous exitance)

光出射度是表征光源自身性质的一个物理量。光源的光通量除以光源的面积就得到光源的光出射度值。光出射度用lumen/㎡表示,但与照度测试和lux不同,光出射度中的面积是指光源的面积,而不是被照射的面积。平板发射会测试该值。

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