光学基础-光度量.doc

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1.3光度量

光度量和辐射度量的定义、定义方程是一一对应的。

若遇易混淆时，则在辐射度量符号上加下标“e”，而在光度量符号上加下标“V”，例如辐射度量Qe，Φe，Ie，Me，Ee等，它们对应的光度量为Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev等。

此外，辐射度量和光度量都是波长的函数，因此当描述光谱量时，在它们的名称前加“光谱”二字，并在它们相应的符号上加波长的符号“λ”作为下标，例如光谱辐通量记为等等。

光通量Φv和辐通量Φe的关系可写成如下方程：

同理

，等等。

式中，V（λ）是CIE推荐的平均人眼的光谱光视效率（也叫视见函数）。

对于明视觉，它是对应波长为555nm的辐通量Φe（555）与某波长能对平均人眼产生相同光视刺激的辐通量Φe（λ）的比值。

1971年CIE公布的明视觉V（λ）标准值已经经国际计量委员会批准，其V（λ）曲线见图1.3－1。

Km是一比例常数。

对于波长555nm的单色光（V（555）＝1），Km等于683m/W。

原先它是根据在一个标准大气压下（101325N／m2）黑体辐射器在铂凝固温度（2042K）明视觉亮度定义为60cd/cm2而得出的，即

则

（lmW-1）

式中Le（λ）（在2042K）可由黑体辐射表查得。

光度量和辐射度量的关系可用图解来求得（图1.3－1）。

图中V（λ）Φe（λ）曲线是V（λ）和Φe（λ）曲线在同一波长处两值的乘积。

纵坐标比例尺为

式中是光通量的比例尺，是辐通量的比例尺。

由此

式中

图1.3－1中，Φe（λ）曲线和Φe（λ）V（λ）曲线与横坐标轴所包容的面积比为

则

图1.3－1光度量和辐射度量的关系

K的意义是光源发出的辐通量可产生多少能对目视引起刺激的光通量。

比值K叫做光视效能。

它是衡量光源产生视觉效能大小的一个重要指标，量纲是lmW-1。

例如，钨丝白炽灯K＝15～20lmW-1，太阳K＝100lmW-1，波长为555nm的单色光K＝Km=683lmW-1。

这样一个60W的白炽灯，它的光通量约为750～1200lm。

在照明工程中，通常希望光源有高的光视效能，当然还要考虑到光的颜色。

光谱光视效能K（λ）的最大值是Km。

Km叫做最大光谱光视效能。

V叫做光视效率。

它是无量纲的，和光视效能只相差一个常数Km（683lmW-1），表示辐射量被利用来引起光视刺激的效率。

光度量中最基本的单位是发光强度的单位——坎德拉（Candela），记作cd，它是国际单位制中七个基本单位之一。

它的定义是发出频率为540×1012（对应在空气中555nm的波长）的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为1cd。

用光而不用铂凝固温度来规定，可以摆脱温标和温度测量对光辐射度量和它的测量的影响。

在表1.3－1中，光通量的单位是流明（lm）。

1lm是光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。

光度量的其它单位如表1.3－1所示。

表1.3－1基本光度量的名称、符号和定义方程

名称

符号

定义方程

单位

单位符号

光量

Q

流明秒

流明小时

光通量

Q/

流明

发光强度

I

I=dQ/dΩ

坎德拉

（光）亮度

L

L=d2Φ/dΩdAcosθ

=dI/dAcosθ

坎德拉

每平方米

光出射度

M

M=dΦ/dA

流明每平方米

（光）照度

E

E=dΦ/dA

勒克斯（流明每平方米）

（）

光视效能

K

K=Φv/Φe

流明每瓦（特）

光视效率

V

V=K/Km

Km为最大光谱光视效能

－

－

表中Φv是光通量,Φe是辐通量.

表1.3－2常见物体的亮度

光源名称

亮度（尼提）

地球上看到的太阳

1.5×109

地球大气层外看到的太阳

1.9×109

普通碳弧的喷头口

1.5×108

超高压球状水银灯

1.2×109

钨丝白炽灯

（0.5－1.5）×107

乙炔焰

8×104

太阳照射下的洁净雪面

3×104

距太阳75º角的晴朗天空

0.15×104