光度学和色度学简介

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1、光度学和色度学简介§1光度学基本概念一、辐射通量设光源表面S(图3-1)向所有方向辐射出各种波长的光。此光源表面一个面积元dS的辐射情况，可以用单位时间内该面积元dS辐射出来的所有波长的光能量(也就是通过该面积的辐射功率)来表示，这就是面积元dS的辐射通量。可用ε来表示，单位为瓦特。于光源上任一面积元的辐射通量，不同波长的光在其中所占的相对数值是不同的。为了表示光源面积元所辐射的不同波长的光的相对辐射通量，我们引入分布函数e(λ)的概念。它就是在单位时间内通过光源面λ积的某一波长附近的单e(λ)位波长间隔内的光能量。是波长`

2、λ的函数，它又称谱辐射通量密度。从光源面积元dS辐射出来的波长在λ到λ+d间的光辐射通量为∞ε=∫e(λ)dλ0于是，从面积元dS发出的各种波长的光的总辐射通量为dε=e(λ)dλλ,λ+dλ二、视见函数辐射通量ε代表的是光源面积元在单位时间内辐射的总能量的多少，而我们感兴趣的只是其中能够引起视觉的部分，相等的辐射通量，由于波长不同，人眼的感觉也不相同。为了研究客观的辐射通量与它们在人眼所引起的主观感觉强度之间的关系，首先必须了解眼睛对各种不同波长的视觉灵敏度。人眼对黄绿色光最灵敏；对红色和紫色光较差；而对红外光和紫外光，则无视觉

3、反应。在引起强度相等的视觉情况下，若所需的某一单色光的辐射通量愈小，则说明人眼对该单色光的视觉灵敏度愈高。设任一波长为λ的光和波长为5550的光，产生相同亮暗视觉所需的辐射通量分别为Δελ和Δε5550，则比值∆ε()5550νλ=∆ελ称为视见函数。图3-2是明视觉和暗视觉的相对视见函数实验图线，其纵坐标为视见函数。明视觉以v(λ)表示，暗视觉以v′(λ)表示。暗视见函数曲线o的峰值向短波移动约500A，当不同的单色光辐射通量能够产生相等强度的视觉时，v(λ)与这些单色光的辐射通量成反比。根据多次对正常眼的测量，当波长为5550

4、时，曲线具有最0302，+90mm。85mm，BP图3-2大值。通常取这最大值作为单位1。例如对于6000的波长来说，视见函数的相对值是0631，为了使它引起和5550相等强度的视觉，所需的辐射通量是5550的1／0631倍，即16倍左右。也就是说，为产生同等强度的视觉，视见函数v(λ)与所需的辐射通量dελ成反比。三、光通量引入视见函数v(λ)后，就可以研究光通量，它表示光源表面的客观辐射通量对人眼引起的视觉强度，以Φ表示，它等于辐射通量与视见函数的乘积。在某一波长λ附近对于波长间隔为dλ的单色光来讲，其光通量为dφ=kv(λ

5、)dε=k(λ)e(λ)dλ(3-1)λmλ式中k(λ)=kν(λ)(3-2)mk(λ)称为光谱光视效能，km为最大光视效能，简称最大光效率。光通量和辐射通量具有相同的量纲，但在国际单位制中，辐射通量的单位为瓦，而光通量的单位为流明(lumen)，单位代号：流(lm)。由(3-1)式可知k(λ)=dΦλ／dελ，光谱光效能k(λ)其实是波长为λ的辐射的功光当量。换言之波长为λ的1W辐射通量，相当于k(λ)(lm)的光通量。而最大光谱光视效能km是指波长为5550辐射的功光当量，即km为最大功光当量。国际单位制中单色光光通量的

6、表示式(3-1)可写为k=6831mmWdφ=683ν(λ)e(λ)dλλ复色光光通量表示式可写为∞φ=dφ=683ν(λ)e(λ)dλ∫λ∫0电光源发出的总光通量Φ与电光源的耗电功率P之比η，称为电光源的遍计发光效率。它是衡量电光源工作性能的重要指标。即∞φ683∫ν(λ)e(λ)dλ0η==ppη表示电源每耗电1W所发出光通量的流明数。电光源的遍计发光效率都是不高的，这是因为输入光源的电功率不能全部转化为电磁辐射通量，而电磁辐射通量中又只有一部分落在可见光区的缘故。值得指出的是，遍计发光效率η和作为功光当量k(λ)=km

7、v(λ)的光效率在意义上是有区别的。一般电光源手册中通常将遍计发光效率简写为发光效率或光效率。四、发光强度发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量，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dφI=dΩ式中dΩ是点光源在某一方向上所张的立体角元。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，Iθ，φ表示沿着该方向的发光强度。从图3-3可知在球坐标中，dΩ=sinθdθdφ，因而dφ=I.dΩ=Isinθ⋅dθ⋅dϕθ,ϕθ,ϕ由点光源所发出的总通量为2ππφ

8、=dϕIsinθ⋅dθ∫0∫0θ,ϕ如果I不随θ和φ而变化(均匀发光体)，则得总光通量Φ=4πI。总光通量表征光源的特性。对于指定的发光体，光具组不能增加总光通量，光具组的作用只是把光通量重新分配。例如，使它比较集中在某些选定的