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标准光源的光度量性能指标及测量方法

文章出处:未知 人气:85发表时间:2024-03-13

标准光源是色度学中用于颜色检测的光源,对于这类光源,CIE对其色度度量和光度量的指标都做了规定。本文对标准光源的光度量性能指标及光通量、光亮度、光照度的测量方法做了介绍,对此感兴趣的朋友不妨了解一下!

标准光源

标准光源的光度量性能指标介绍:

1.光通量Φv

光源在单位时间内发出的光量称为光通量,在光度学中,光通量是从辐射通量导出的量,它明确地定义为能够被人眼视觉系统所感受到的那部分辐射功率的大小的量度。单位是流明(lumen),符号为1m,表达式为:Φv=dQv/dt。

2.光亮度Lv

光亮度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。

3.光照度Ev

在光接收面上一点处的光照度等于照射在包括该点在内的一个面元上的光通量dΦ,除以该面元的面积dS。即:Ev=dΦ/dS。

单位为勒克斯(lux),符号为1x,当1lm的光通量均匀地照射在1m的面积上时,这个面上的光照度就等于1lx。即1lx=1lm/m2。


光源光通量的测量方法:

光源的发光强度是光度学中的基本量,而且由发光强度可以导出其他光度量。但要表征光源的特性,单以光源的发光强度来表示是不完全的,这是因为一般光源在各个方向上的的发光强度并不一致,故只有用总光通量来说明更为合适。

对各向同性的点光源,其光通量Φ=4πI,所以只要测得发光强度,乘以4π,即为光通量Φ。但是实际光源都有一定的尺寸,而且在各个方向上又不均匀,故不能用Φ=4πI计算得到。

光通量的测量方法:在积分球内用已知光通量的标准灯与被测灯作比较测量,从而定出被测灯的光通量。


光源照度的测量方法:

照度测量是最流行的光度测量形式。一般都用物理照度计,即用光电探测器代替人眼的光电式照度计。

照度计的测量原理较简单,整个探测器所接收的光通量除以探测器的面积,即为所测的照度,即E=Φ/A。

由于光电探测器的光谱灵敏度分布不同于人眼的光谱光视效率V(λ),故一般的照度计在探测器前都装有V(λ)滤光器。一个照度计是由带V(λ)滤光器的光电探测器及电子放大和读数系统所组成。过去广泛采用硒光电池为探测器,这是因为它的光谱灵敏度比其他探测器更接近人眼的光谱光视效率V(λ)的缘故。但由于硅光电元件的灵敏度、稳定性和寿命均较硒光电池为高,故近年来多采用硅光电池或硅光电二极管代替硒光电池作照度计的探测器件。由于光电探测器所产生的光电流正比于所接收的光通量,测量时须将照度计的光敏表面与被测照度的表面重合,并尽量垂直于光的照射方向。所以读数系统可直接指示出所测的照度值。

一般照度计的测量精度为10%左右,高精度的照度计可达3%~4%。


光源亮度的测量方法:

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。下面介绍一种直接测量光照度来确定光源的亮度的方法:

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。

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