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什么是光亮度?光源的光亮度怎么测量?

文章出处:未知 人气:259发表时间:2023-03-31

什么是光亮度?光亮度是单位面积上沿法线方向的发光强度,或称单位面积在其法线方向上单位立体角内发出的光通量,单位是尼特,即每平方米每球面度1流明。本文对光亮度及光亮度的测量方法做了简要介绍,对光源知识感兴趣的朋友可以了解一下!

光亮度

什么是光亮度?

一个面光源,除了可以用发光强度来描述它在某一方向上的发光能力之外,还要知道它每一单位面积在这个方向上的发光能力,以便比较两种不同类型光源的明亮程度,这就要用到亮度这个概念。它表示每单位面积上的发光强度,即Lv=dIv/dS。

亮度的单位为坎德拉每平方米(cd/m²)。上式中的面积,应理解为一个面在观察方向上的正投影面积。因此,若观察方向与该面的法线夹角为θ时,上式将变为:Lv=dIv/dScosθ。

所以,光源的光亮度可定义为:在表面一点处的面元在给定方向上的发光强度,除以该面元在垂至于给定方向的平面上的正投影面积。

由于Iv=dΦv/dΩ,故有Lv=d²Φv/dΩdScosθ,这个公式是光亮度的较通用的定义式。由该式可知,亮度不仅可用来描述一个发光面,而且还可以用来描述光路中的任意一个截面,如一个透镜的有效面积、一个光阑所截的面积或一个象的面积等。此外,还可以用亮度来描述一束光,光束的亮度等于这个光束所包含的光通量除以这束光的横截面和这束光的立体角。


光源光亮度测量方法:

一般光源的光亮度不仅与测量方法有关,而且与表面的位置有关。为了测量方便,常在发光面前加一光阑,以测定光阑所限制部分的发光面在水平方向的光亮度。如需要测定发光面其他部分的光亮度,可以改变光阑和探测器的位置。

1.直接测量光照度来确定光源的亮度

平面型光源的亮度

如上图所示,光源面积为B,光阑离光源ab很近时,则光源ab向探测器S发出的光通量大约等于在光阑处面积为B的光源向S发出的光通量。如光阑孔的尺寸比距离r小很多,则s上的照度为:E=LB/r²。

测出光照度E和距离r,光亮度L即可确定为:L=Er²/B。

带状光源的亮度

当光源为带状或线状时(如钨带灯或直线钨丝灯),光阑的主要作用是限制发光体的高度,这时光源的亮度由上图可得:

光源亮度计算公式

式中,r1、r2分别为探测器S与光阑D以及探测器S与光源ab间的距离;h为光阑的高度;W为发光面的宽度。

2.由光源成像的光照度来确定光源亮度

这种方法可以用于测量不可接近的发光体(如高温发光体)和光照度很低的情况。

光源成像后测亮度

如上图所示,若发光面积A1经过透镜D成像为面积A2。发光面及其像与透镜D的距离分别为r1和r2,S为透镜D的面积,τ为透镜的透射比。如果r1和r2比A1和A2的尺寸大很多,则发光面向透镜D发射并透过D的光通量为:

光通量的计算公式

像的照度为:

照度的计算公式01

由透镜的成像关系得:

照度计算公式02

所以亮度为:

亮度计算公式01

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