光度學,即光度測量學,是關(guān)于人眼對光的視覺響應的科學。
光度學以人眼與電磁輻射的交互作用為基礎。光通量是用標準眼評價的光輻射量,發(fā)光強度是光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量,光亮度是單位投影面積上發(fā)出的光強度,光照度是單位面積所接受到的光通量,曝光量是照度與時間的乘積。
中國在1993年1月對光輻射計量單位量值做了相應調(diào)整,以便與國際上保持一致,并有利于消除國際貿(mào)易中的技術(shù)壁壘。
光度學
光度學除了要定義一些物理量并確定相應的測量單位外,還要研究測量儀器的設計、制造和測量方法。對各種光源進行光度的特性測量廣泛應用于光學工業(yè)、照明工業(yè)、遙感遙測、色度學和大氣光學等領(lǐng)域。對各種光敏和熱敏探測器也需要運用光度的測量技術(shù)來確定其靈敏度及響應特性。
光度學通常引進下述物理量來進行描述:
①光通量
在光度學中,光通量明確的被定義為能夠被人的視覺系統(tǒng)所感受到的那部分光輻射功率的大小的度量。
輻射通量以光譜光視函數(shù)V(λ)(即視見函數(shù),見可見光)為權(quán)重因子的對應量。設波長為λ的光的輻射通量為Φe(λ)。對應的光通量為
Φv(λ)=KmV(λ)Φe(λ)
式中Km為比例系數(shù),是波長為555nm的光譜光視效能,也叫最大光譜光視效能,由Φe和Φv的單位決定。
光通量的SI單位為lm(流明),Km=683lm/W(流明/瓦)。復色光的光通量需對所有波長的光通量求和。
1流明lm是發(fā)光強度為1cd的均勻點光源在1球面度立體角內(nèi)發(fā)射的光通量。
②發(fā)光強度
點光源在某方向上單位立體角內(nèi)的光通量,記作Iv,即Iv=dΦv/dΩ。發(fā)光強度的SI單位為坎德拉,是光度學中的基本單位,1979年第十六屆國際大會通過的坎德拉的定義為:坎德拉是發(fā)出頻率為540×10^12赫茲的單色輻射源在給定方向上的發(fā)光強度,該方向上的輻射強度為1/683瓦/球面度。
③光亮度
它表示單位面積上發(fā)光強度。輻射亮度的光度學對應量,其定義為:lv=(div)/dscosθ
式中dS為面光源上的面積元,θ為面元法線與觀察方向間的夾角,div是面元在觀察方向的發(fā)光強度。光亮度的SI單位為坎德拉/米2。光亮度的其他常用單位有nit(尼特)和fl(朗伯),
1nit=1cd/M2,1fl=3.426nit=3.426cd/m2。
光亮度一般隨觀察方向而變,若一輻射體的光亮度是與方向無關(guān)的常量,則其發(fā)光強度與cosθ成正比,此規(guī)律稱為朗伯定律,這種輻射體稱為朗伯輻射體或余弦輻射體。黑體是理想的余弦輻射體。
④光照度
英文名稱:illuminance
單位受照面積上接收到的光通量,單位為lm/㎡ ,稱勒克斯(lx)。
發(fā)光強度為1lm的點光源在離光源的距離為r處的照度為:Ev=(Iv/r2)cosi,式中i為光沿r方向射到受照面時的入射角(與表面法線夾角)。入射光垂直入射時,cosi=0,Ev=Iv/r2 ,此即光照度的平方反比律。
⑤光出射度
光出射度(luminous exitance)
光出射度是表征光源自身性質(zhì)的一個物理量。光源的光通量除以光源的面積就得到光源的光出射度值。光出射度用lm/㎡表示,但與照度測試和勒克斯不同,光出射度中的面積是指光源的面積,而不是被照射的面積。平板發(fā)射會測試該值。
漫反射面受光照后,其光出射度與光照度成正比,比例系數(shù)小于1,稱漫反射系數(shù)。
參考資料 >
光度學基礎及光度計原理.光傲.2023-12-27
光-光度學——坎德拉.中國計量科學研究院.2023-12-27