标准光源

S (λ) 200 1000K 2000K 150 3000K
4000K 100 5000K 6000K 10000K 50 20000K ∞
0 400
(nm) 500 600 700
三、光源的颜色温度
1．色温 将光源的相对光谱功率分布与某温度下 黑体辐射的相对光谱功率分布相比较， 如果与黑体某一温度的相对光谱功率分 布一致时，该光源的光色可由某一温度 值来表示，称为颜色温度，简称色温。 色温用绝对温度K表示。
S（λ） 1
S（ l（ 1 S（ l （ 1
0.5
0.5
0.5
0 300
400
500
600
700
(nm)
0 300
400
500
600
700
(nm)
0 300
400
500
绝对黑体 绝对黑体是指在辐射作用下既不反射也不透射， 而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体。 在任何温度下，全部吸收任意波长的辐射能的 物体，称为绝对黑体，简称黑体(Black Body)。 吸收本领大的物体，发射本领也必然大；吸收 本领差的物体，发射本领也必然差。显然，绝 对黑体的吸收本领是所有物体中最大的。 物体加热到高温时便产生辐射。
二、光度学有关物理量
３．面发光度 对于一定面积的发光体，它的几何尺寸与光源 到被照面距离相比。 小面积dS，在单位面积内所发出的光通量为面 发光度，符号为M。 面发光度的单位为勒克斯（lx）或lm/m2。 面发光度的数学表达式为 M
Φ S
dΦ = dΩ
如果发光表面各点均匀发光，则：
M =
二、光度学有关物理量
二、光度学有关物理量
5. 光亮度 光亮度表示发光表面不同位置和不同方向上的发光特性。 (1)光亮度 发光面积dS的面光源在给定的θ角方向上立体角dΩ内发出 的光通量称为光亮度，符号为L。 N dΦ 数学表达式为：
dΦ I L= = cos θdsdΩ cos θds
dS
dΩ θ
二、光度学有关物理量
第三章 标准光源
3.1 光度学基础
一、辐射量度学与光度学
光源的光线（辐射能）照射在物体（非发光体）上，经过 物体吸收、反射或透射而产生色彩。 非发光体的颜色主要由其透过或反射的光谱成分决定。物 体透过或反射的光谱成分由光谱透射率τ（λ）或光谱反射 率ρ（λ）来反映。 1．辐射量度学 对光辐射能量的计量称为辐射量度学。 2．光度学 对电磁辐射中的一部分可见光的能量计量称为光度学。 光度学是辐射量度学的一部分。 3．辐射能 光源所辐射的能量称为辐射能，单位是J （焦[耳]）。
三、光源的颜色温度
4. 印刷与摄影对色温的要求 在彩色摄影和摄像中，照明光源的色温应与照相胶卷、摄 像机的色温相匹配。光源色温高于感光片的标定色温时， 拍摄的画面影像偏蓝；当色温低于感光片的标定色温时， 拍摄的画面影像偏橙红色。 日光型彩色感光片（标定色温为5500 K）适合在中午左右 的日光或电子闪光灯下（色温5300–6000）拍摄；灯光型彩 色感光片（标定色温为3200 K）适合在摄影碘钨灯下或其 他色温相近似的光源照明下拍摄。 对于数字照相机，则应做好白平衡调节，以避免色温误差 引起的画面偏色。 在印刷复制中，光源色温对复制效果影响较大。色温过高 或过低都会直接影响分色效果。 色温在5000～6500 K的光源，其光谱能量分布较符合照相 分色的要求。印刷时用作看样的照明光源，色温以5000 K 或 6500 K为好，否则所呈现的色彩将会出现偏差。
dS
0
dΩ
I
r
二、光度学有关物理量
如果点光源为各向同性即发光强度各方向相同，则可以用 有限立体角Ω代替小立体角d Ω ，即
Φ I= Ω
(2)单位 发光强度的单位是坎德拉(cd) 在101325 Pa压力下，处于铂凝固温度(2045K)的绝对黑体 1/60cm2表面垂直方向上的发光强度定作1坎德拉(cd)。 发光强度为1cd的点光源在单位立体角内发出的光通量为1lm。
0
二、光度学有关物理量
如图所示，求其中心点和边缘点的光照度。 1. 中心点O的照度： r=1m,θ=0°,则 EO＝I/r2＝100/1＝100(lx) 2. 边缘点A的照度： r = 1 + 22 = 5 = 2.236
I=100cd
h=1m
1 h cos θ = = r 5
1
A O R=2m
B
二、光度学有关物理量
(2) 朗伯定律 一个面积为S的均匀发光面，在某一方向的亮度为Lθ ， 它在这个方向的发光强度为Iθ= LθS cosθ。 若面光源的亮度在各个方向上都相等，即亮度不依赖方 向角，Lθ= L = 常数，即I0 = LS. 则：Iθ= I0 cosθ I I 一个亮度在各方向都相等的发光面， 在某一方向的发光强度为Iθ，等于 这个面垂直方向上的发光强度I0乘 以方向角的余弦。这就是发光强度 的余弦定律，也称朗伯定律。 θ 这样的发光面称朗伯发射面或朗伯 体，有时叫均匀漫射体或余弦发射 体、余弦发光面。
三、光源的颜色温度
2．相对色温 当某一光源其色度坐标与任何温度下的黑体的色 度坐标均无法相同时，就用相对色温来描述其色 彩。 当光源发射的光与黑体某一温度下辐射的光的颜 色最接近，即在均匀色度图中的色距离最小时， 则黑体的这个温度称为该光源发射的光的相对色 温。 色温表征了光源的光谱特性，与光源的温度无关， 而只与光源的光谱成分有关。色温低的光源，蓝 光成分少，红光成分多；色温高的光源，则蓝光 成分多，红光成分少。
ΦV (λ ) = 683∫ V (λ )Φ e (λ )dλ
400 700
555nm,1W,V=1,φ=683lm; 600nm,1W,V=0.631, φ=430.97lm； 650nm,1W,V=0.107, φ=73.08lm; 700nm,1W,V=0.0041, φ=2.8 若要得到相同的φ，后者的Φe(λ)须是555nm的1.58倍,9.35倍和 243.9倍
距离平方反比定律 面积dS上的光照度E为：
E =
cos θ dΦ = I dS r2
点光源直接照射一微面积时，微面积 的光照度与点光源的发光强度I成正 比。 与点光源到微面积的距离r平方成反 比。 与微面积法线和照射光束方向的夹角 θ的余弦成正比。 垂直照射时（θ= 0），光照度最大； 掠射时（θ = 90°），光照度为零。
二、绝对黑体的辐射
2．模拟黑体
用耐火材料人工制造黑 体。在一个封闭的空腔 上开一个小孔，从小孔 射入空腔里面的光经内 部多次反射和吸收后很 难再射出来。 均匀加热容器壁，并让 辐射能量通过壁上的小 孔向外发射，这个小孔 的辐射就相当于一个绝 对黑体的完全辐射。
小孔
火力
加热
二、绝对黑体的辐射
绝对黑体的光谱辐射完全依赖于该黑体的温度。 随着温度的升高，颜色向短波方向变化，即光色按红→黄→白→ 蓝顺序变化。 绝对黑体的辐射能量与该黑体的绝对温度的四次方成比例，即E ＝λT4。 T λM=b(常数) 绝对黑体不同温度的光色变化在CIE1931色度图上形成了一个弧 形轨迹
一、辐射量度学与光度学
光谱光效率函数就是辐射能转化为人眼可见光的程度 光通量可以理解为光谱不同波长辐射能对人眼产生光亮感觉 作用的数量特征的度量。在人眼可以感觉到的光谱能量部分 人眼对各种波长的感受性作用，各个波段所产生的光感觉程 度也不同 按照CIE光谱光效率函数V(λ)来评价辐射通量Φe(λ)，在整个 可见光谱区间可由下式计算
4. 光照度 在被照明表面单位面积所接受的光通量称为光 照度，符号为E，单位为勒克斯（lx）或lm/m2。 光照度的数学表达式为E = d Φ
dS
L
E
二、光度学有关物理量
在均匀照明下则为
E =
Φ
面发光度L与光照度E的区别是面发光度L的光 通量dΦ是受照面dS上发出的光通量dΦ 的反射 量。
S
二、光度学有关物理量
一、光源的光谱功率分布曲线
连续光谱 线状光谱 混合光谱 光源的相对光谱辐射功率(能量)分布决定了光源的颜色 特性。 1931年CIE建议E光源为假设的最理想光源，又称等能白 光或理想白光。 等能白光的定义是以辐射能作纵坐标、光谱波长为横坐 标的相对光谱辐射功率(能量)分布曲线是一条平行横轴 的直线，即S(l)= C(常数)。
EA = I
cos θ
r2
= 200 ×
5 = 40 = 8 × 2.236 = 17.89lx 5 5
二、光度学有关物理量
D =2 mm 1O
氩离子激光器的辐射波长为486nm，辐射通量为1W，求 此激光束的光通量大小？若此激光束的发射角、放电毛细管 如图所示，求此激光束的发光强度和光亮度？ 解：V486＝V480＋（V490－V480）×0.6 ＝0.139+(0.208-0.139)×0.6＝0.1804 ϕ＝683×V×ϕe＝683×0.1804×1＝123.21(lm) I＝ ϕ/Ω＝ ϕ/πα2＝123.21/3.14×0.01752 ＝123.21/9.61×10-4＝1.28×105(cd) L＝I/S＝I/πR2＝1.28×105/3.14×0.0012 ＝4.076×1010(cd/m2)
一、辐射量度学与光度学
4．辐射能量 光源在单位时间内通过某一面积发射、传递或接收的辐射能 量称为辐射通量，以Φe（λ）表示，单位为W。 辐射通量Φe（λ）表示光源元面积在单位时间内传送出的客 观能量的多少。 5．光通量 光源在单位时间内在给出表面上流出可见光能的大小称为光 通量，以Φv（λ）表示，单位为流[明]（lm）。 光通量与辐射通量之间的关系为： ΦV (λ) = KV(λ)Φe(λ) V（λ）为光谱光效率函数 K为辐射能光当量，K＝683 lm/W 1W 555nm辐射通量的单色辐射等于683 lm的辐射通量 1 lm 555nm单色光的光通量相当于0.00146W辐射通量