光度学的基本单位
光度学的基本单位
光度学的基本单位有：
1. 光通量：用于描述光源发出光的总量，单位是流明(lm)。
2. 发光强度：描述光源在特定方向上单位立体角内发出的光通量，单位是坎德拉(cd)。
3. 亮度：描述物体在特定方向上单位面积内的光通量，单位是尼特(nit)。
4. 照度：描述被照物体在特定表面上单位面积接受到的光通量，单位是勒克斯(lx)。
此外，光度学中还有一些其他常用的量和单位，如光谱光通量、光谱发光强度、光谱亮度、光谱照度等。
这些量和单位的定义和使用方法与上述基本单位类似。
51光度学中的基本量及单位
第五章 光度学光能是系统设计中另一个非常重要的问题,由于任何一个接收器件，所能接收的光能都有一个最低阈值。
以人眼为例，它所能感受到的最低照度为（勒克斯），相当于一支蜡在之外产生的光照度。
可见人眼对光是相当灵敏的，我们希望所设计的系统所成的像具有足够好的照度／足够多的能量。
lx 910−km 30§5－1 光度学中的基本量及单位一、辐射量―――指描述电磁波的物理量描述电磁波的物理量比较多，例如：辐通量、辐照度、辐出射度等。
1、辐射能（表示）――指以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量。
单位：（J 焦尔）e Q 它是由辐射体发出的，常见的辐射体分为二大类：一次辐射源――本身发射辐射能的物体，例如：太阳、各种灯；二次辐射源――受别的辐射体照射后，反射／透射能量的物体，例如：月亮，被照明的物体。
2、辐通量（e φ）――单位时间内发射、传输、接收的辐射能叫辐通量。
单位：W （瓦）对某一辐射体而言，它发出的辐射能具有一定的光谱分布（即由各种不同的波长组成），而每种不同的波长其辐通量也不同。
总的辐通量＝各个组成波长的辐通量总和。
若设在极窄的波段范围λd 内，所辐射出的辐通量为e d φ，则有：λλφφd d e )(=式中)(λφ――是辐通量随波长变化的函数；上式表示的是小量值，那么在整个波段内所辐射的总的能量为： λλφφd e ∫=)(此外，还有：辐出射度（）、辐照度（）、辐亮度（）等等。
e M e E e L 二、 光学量对于光辐射中的物理量是比较多的，其意义与辐射量的意义也基本相同，故为了区别起见，我们用符号进行区别，它们的主符号是相同的，但是下角标有区别：辐射量――下角标e ；光学量――下角标v 。
1、接收器的光谱响应物体经过系统进行成像，最终的像都是由接收器类进行接收的，接收器的不同，对光谱响应的范围也各不相同。
对于目视光学系统而言，人眼对不同的波长响应程度也相差非常大，在这里引入了光谱光视效率的概念加以理解。
基础光色度学术语定义
光度学术语定义1.光通量在光度学中，光通量明确的被定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量。
辐射通量以光谱光视函数V（λ）（即视见函数，见可见光）为权重因子的对应量。
设波长为λ的光的辐射通量为Φe（λ）。
对应的光通量为：Φv（λ）＝KmV（λ）Φe（λ）式中Km为比例系数，是波长为5550埃的光谱光视效能，也叫最大光谱光视效能，由Φe 和Φv的单位决定。
光通量的SI单位为流明，Km＝683流明／瓦。
复色光的光通量需对所有波长的光通量求和。
2.发光强度点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作Iv，即Iv＝dΦv／dΩ。
发光强度的SI单位为坎德拉，是光度学中的基本单位，1979年第十六届国际大会通过的坎德拉的定义为：坎德拉是发出频率为540×1012赫兹的单色辐射源在给定方向上的发光强度，该方向上的辐射强度为1／683瓦／球面度。
3.光亮度光亮度表示单位面积上发光强度。
辐射亮度的光度学对应量，其定义为：lv=(div)/dscosθ式中dS为面光源上的面积元，θ为面元法线与观察方向间的夹角，div是面元在观察方向的发光强度。
光亮度的SI单位为坎德拉／米2。
光亮度的其他常用单位有熙提和朗伯，1熙提＝104坎德拉／米2，1朗伯＝104/π坎德拉／米2。
光亮度一般随观察方向而变，若一辐射体的光亮度是与方向无关的常量，则其发光强度与cosθ成正比，此规律称为朗伯定律，这种辐射体称为朗伯辐射体或余弦辐射体。
黑体是理想的余弦辐射体。
4.光照度英文名称：illuminance 单位受照面积上接收到的光通量，单位为lm／㎡，称勒克斯(lx)。
发光强度为1lm的点光源在离光源的距离为r处的照度为:Ev=(Iv/r2)cosi 式中i为光沿r方向射到受照面时的入射角（与表面法线夹角）。
入射光垂直入射时，cosi＝0，Ev＝Iv／r2 ，此即光照度的平方反比律。
5.光射出度从辐射源单位表面积发出的光通量。
基本光度单位和应用
光源光谱
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显色指数
❖ 显色指数 -即用数字来表达演色能力
带有黄色滤片的白炽灯光照下的显色性 在低压钠灯光照下的显色性
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显色性
❖ 玩具马在不同 显色性光源下 ，所呈现颜色 不同。
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显色性
❖ 低压钠灯的显色性很差，而白炽灯的显色性很好。白炽 灯能真实再现物体的颜色。低压钠灯却变魔术似地将蓝 纸变成了黑色。为什么蓝纸在低压钠灯照射下变黑了呢 ？
间内光辐射能量的 大小。光通量是说 明光源发光能力的 基本量。
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光效η
光效η
单位：lm/W 光效是指电能转换成光能 的效率。
lm/W
白炽灯
卤素灯 金卤灯 高压钠灯 荧光灯
LED
10 - 15
15 - 25 60 -100 100－130 60 -100
60 -120
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常见光源的色温
❖ 色温 ❖ <3300K
灯 ❖ 3300～5300K ❖ >5300K
光源 白炽灯/卤钨灯/高压钠灯/节能灯/荧光
混光汞灯/金卤灯/节能灯/荧光灯 高压汞灯/节能灯/荧光灯
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色温在色度图上的描述
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照度与色温关系
❖ 为了使照明具有良好的效果，所选用的光源的色温必须 与要求的照度相适应。
1/9 lx 1/4 lx 1 lx
1m
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2m
3m
2r
r
E
E
E 平方反 比从何 来？
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光源照明示意
光度学基本概念
Me
Me d e ds
d e
Ee
Ee d e ds
d e
A ds
A ds
单位：瓦每平方米（W/m2） 单位：瓦每平方米（W/m2） 不管向哪个方向辐射，描述辐射体表面不同位置 上单位面积的辐射特性
光度学基础 五、辐射亮度 辐射体表面某点附近，在某一指定方向上单位立体角内单位 投影面积上发出的辐射通量 符号：
x l x x2 1
P
l2
K e 15 100 119.36cd 4 4
x
l
令OP x, 则l x 2 1, cos
I ( x / x 2 1) 代入E公式得E x2 1
l2
2
要使B点光照度最大，令 整理化简后得1 2 x 2 0 x 0.7071m
o
光度学基础 二、立体角的计算 假定一个圆锥面的半顶角为 ，求该圆锥所包含的立体角大小。 以r为半径作一圆球，假定在圆球上取一个 d 对应的环带，环带宽度为 rd ，环带半径 为 r sin ，所以环带长度为2r sin ，环带总 面积为
ds rd 2r sin 2r 2 sin d d 它对应的立体角为 ds 2 sin d 2d cos r2 将上式积分得
代回发光强度表示式， 若
I 683V ( ) I e
K ( )表示辐射通量中有多少可以转变为光通量。
I 1cd d 1sr 则 d Id 1 流明（lm）
光度学基础 4、连续光谱的光通量计算 有了光谱光视效能后，光通量公式可写成
d CV ( )d e K ( )d e
§6-5
一、光照度公式
假定点光源照明微小平面ds，ds离开光源距离为l，表面法线 方向与照明方向成 ，若光源在此方向上发光强度为I，求光 源在ds上的光照度。
光学单位sr-概述说明以及解释
光学单位sr-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以从以下几个方面进行展开：光学单位sr（Steradian）是国际单位制中用于描述空间角的单位。
空间角是指立体角，用来衡量来自某个点源的辐射或光线在空间中的分布。
sr是国际单位制中的基本单位，它的定义基于二维球面部分。
当位于球心的点源发出的光线或辐射在距离球心1米处的球面上的投影面积为1平方米时，所对应的立体角为1sr。
换句话说，1sr的立体角涵盖了球面上的单位面积。
与平面角不同，立体角不仅考虑了光线或辐射的分布角度，还考虑了其在空间中的传播范围。
通过引入光学单位sr，我们可以更准确地描述和计算光线的辐射强度或光通量以及接收器的感知范围。
光学单位sr在许多领域中都有广泛的应用，特别是在光学、光电子学和辐射传输领域。
例如，在照明工程中，我们可以使用sr来描述灯具的光束角度，以确定其辐射范围和照明强度分布。
在摄影和摄像领域，sr可以被用来衡量镜头的视角和视野范围。
在激光工程中，sr可以用来描述激光束的扩散角度和光束发散性能。
总之，光学单位sr是国际单位制中用于描述空间角的重要单位。
通过使用sr，我们可以更准确地描述和计算光线的辐射强度和分布，从而在光学应用和相关领域中提供更精确和可靠的计量基础。
1.2 文章结构文章结构:本文旨在介绍光学单位sr的相关知识。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将对本文的主题进行概述，说明本文介绍的是什么，以及为什么选择这个主题进行研究。
同时，我们还将介绍文章的结构和目的，以便读者能够更好地理解和阅读本文。
在正文部分，我们将展开论述，分为两个要点进行介绍。
第一个要点中，我们将详细介绍光学单位sr的定义、起源和应用领域。
我们将从历史角度出发，追溯光学单位sr的提出和发展过程，以及在光学研究中的重要意义。
同时，我们也将介绍在不同领域中如何使用光学单位sr进行测量和计算，以及其在实际应用中的优势和局限性。
背光模组相关光学简介
背光模组相关光学简介内容大纲一.光度学的几个基本单位二. CIE XYZ 表色系統三. 散射与光谱四.色温的含义和相关色温五. 导光板中的光学现象六. 常用LED介绍一.光度学的几个基本单位❖1：光通量功率❖光通量Ø（lm、流明）：描述人眼视觉感受的光功率。
流明是均勻的点光源发出一个烛光（CD、坎德拉）的发光強度的光通量进入一个单位立体角的功率。
❖2：光照度每单位面积的功率❖照度EV(L X、勒克斯)：描述一个被光照射面上的照明强弱叫照度。
❖ 1 Lux(lx) = 1 lm/m2❖3：发光強度每单位立体角的功率发光强度I V(CD、坎德拉):描述点光源在某方向发光强弱。
物理学定义：在标准大气压下，处在铂凝固温度（2045K）的绝对黑体的1/600000平方米表面上的发光强度为1烛光。
❖4：亮度（辉度）每单位面积,每单位立体角的功率❖亮度LV(cd/m2)描述：单位投射面积的发光强度。
1 lm/m2-sr= 1 cd/m2= 1 nit二：CIE XYZ 表色系统❖CIE：Commission Internationale de l'Eclairage国际照明委员会❖1931 年标准：用XYZ三标准色刺激值(色量)來定义所有可见色，并使所有混色系数为正值。
X = 2.7689 R + 1.7517 G + 1.1302 BY = 1.0000 R + 4.5907 G + 0.0601 BZ = 0.0000 R + 0.0565 G + 5.5943 B❖(x, y) 座标系統＝色度❖标准白色点的座标为（0.3127 , 0.3291）二：CIE XYZ 表色系统1=++++=++=++=z y x Z Y X Zz ZY X Yy ZY X XxCIE 1931 以后的发展❖CIE 1931：以2°视野基础，可应用至4°视野。
❖CIE 1964 X10Y10Z10 輔助表色系统：10°视野。
光度单位的表示方法
光度单位的表示方法光强度(luminous intensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量，以I 表示，单位为坎德拉(candela，简称cd)。
1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量。
勒克司(lux，法定符号lx)照度单位，为距离一个光强为lcd的光源，在1米处接受的照明强度，习称：烛光。
米。
亦即距离该光源1米处，1平方米面积接受1lm光通量时的照度。
光度量几何学名称符号单位英文名光强度I坎德拉Candela(cd)光照度E勒克斯Lux(lx)光亮度L尼特Nit光通量φ流明Lumen(lm)与心理学关系密切的单色光单位有：1、光强度光强度(luminous intensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量，以I 表示，单位为坎德拉(candela，简称cd)。
1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量。
2、光通量光通量(luminous flus)是由光源向各个方向射出的光功率，也即每一单位时间射出的光能量，以φ表示，单位为流明(lumen，简称lm)。
3、光照度光照度(luminance)是从光源照射到单位面积上的光通量，以E表示，照度的单位为勒克斯(Lux，简称lx)。
4、反射系数人们观看物体时，总是要借助于反射光，所以要经常用到"反射系数"的概念。
反射系数(reflectance factor)是某物体表面的流明数与入射到此表面的流明数之比，以R表示。
5、光亮度光亮度(luminance)是指一个表面的明亮程度，以L表示，即从一个表面反射出来的光通量。
不同物体对光有不同的反射系数或吸收系数。
光的强度可用照在平面上的光的总量来度量，这叫入射光(inci-dent light)或照度(luminance)。
若用从平面反射到眼球中的光量来度量光的强度，这种光称为反射光(reflection light)或亮度(brightness)。
例如，一般白纸大约吸收入射光量的20%，反射光量为80%；黑纸只反射入射光量的3%。
光度学四个光度名词讲解
光通量=4πlm=12.566lm
光通量F(lm)定义 定义 光通量
定义：标准蜡烛1面度角光通量 1lm=标准蜡烛F /4π。 光通量F；单位lm。
用途：主要用于衡量光源能力， 一支60W白炽灯约750lm。
特征： 没有方向概念，没有密度 概念, 是区域片总和值。
照度E(lx)定义 定义 照度
定义：标准蜡烛1米处照度L=1lx。 得公式 ：E=F/A 式中：F光通量 ； A面积；单位平方米 m2。 式意义；照度定义为流明每平方米。 用途：主要用于衡量照明能力
亮度L(cd/m2 )定义 亮度 定义
定义：距离标准蜡烛1米处设个屏幕，从远处对着 烛光 方向看屏幕亮度=1/π cd/m2。 （注）
用途：主要用于衡量屏幕亮度 距离1m
特征：有方向概念，（有发光角度概念）， 有密度概念, 是点数值。
注：面发光
定义小结
为了便于记忆：设光强1cd点光源外套半径1米圆球。
亮度Ｌ（ 亮度Ｌ（cd/m2 ）看到马路上一排路灯， Ｌ（ 近的比远的亮？
正确答案是一样亮。视觉对物体远近在视网膜成像有 尺寸改变亮度无变化。
四种单位可否换算：有否先决条件？ 四种单位可否换算 如何换算？
先决条件是近似点光源可以换算： 已知光强cd和发光角度求光通量。
F= I 2π (α /180 ) 2 。 α < 180 o ; F= I 2π(２- ((360-α) /180)2 )。 α > 180 o ; 式中F光通量；I光强： α 发光角度：单位度o 。
概念
在说明四个光度单位前，设想一下如果是你应该如何来衡 量光的度值。
光的多少称 光通量
就如日常生活衡量钱币的多少单位是元一样 ，衡量光多少 的单位是光通量 lm。 可以讲600lm灯泡比150lm灯泡光多发光 450lm。 光通量 F (Luminous flux) 单位： lm (lumen)（读流明）
光度学的几个基本概念
0、前言经常发现一些爱好者对对光度学的一些基本概念比较模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的单位是什么？如何测量亮度？本文将试图以不失严格性的情况下尽量通俗的回答这些问题，因此，文中列举了大量的例子，同时给出四个量之间的关系和转换算法，这也是大多数光学书里所没有的。
光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。
这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。
正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。
1、发光强度（I、Intensity），单位坎德拉，即cd。
定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。
这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。
可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。
发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。
现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。
之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。
用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。
因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。
很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED手电有用，但可观察角度也受限。
另外，同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm 的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。
之所以用发光强度来表示手电或LED，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的。
基础光色度学术语定义
光度学术语定义1.光通量在光度学中，光通量明确的被定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量。
辐射通量以光谱光视函数V(λ)(即视见函数，见可见光)为权重因子的对应量。
设波长为λ的光的辐射通量为Φe(λ)。
对应的光通量为:Φv(λ)=KmV(λ)Φe(λ)式中Km为比例系数，是波长为5550埃的光谱光视效能，也叫最大光谱光视效能，由Φe 和Φv的单位决定。
光通量的SI单位为流明,Km=683流明/瓦。
复色光的光通量需对所有波长的光通量求和。
2.发光强度点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作Iv，即Iv=dΦv/dΩ。
发光强度的SI单位为坎德拉，是光度学中的基本单位,1979年第十六届国际大会通过的坎德拉的定义为：坎德拉是发出频率为540×1012赫兹的单色辐射源在给定方向上的发光强度，该方向上的辐射强度为1/683瓦/球面度。
3.光亮度光亮度表示单位面积上发光强度。
辐射亮度的光度学对应量，其定义为:lv=(div)/dscosθ式中dS为面光源上的面积元,θ为面元法线与观察方向间的夹角,div是面元在观察方向的发光强度。
光亮度的SI单位为坎德拉/米2。
光亮度的其他常用单位有熙提和朗伯,1熙提=104坎德拉/米2,1朗伯=104/π坎德拉/米2。
光亮度一般随观察方向而变，若一辐射体的光亮度是与方向无关的常量，则其发光强度与cosθ成正比，此规律称为朗伯定律，这种辐射体称为朗伯辐射体或余弦辐射体。
黑体是理想的余弦辐射体。
4.光照度英文名称:illuminance 单位受照面积上接收到的光通量，单位为lm/㎡，称勒克斯(lx)。
发光强度为1lm的点光源在离光源的距离为r处的照度为:Ev=(Iv/r2)cosi 式中i为光沿r方向射到受照面时的入射角(与表面法线夹角)。
入射光垂直入射时, cosi=0,Ev=Iv/r2 ，此即光照度的平方反比律。
5.光射出度从辐射源单位表面积发出的光通量。