光度学基本概念
阐述光度学的基本概念
阐述光度学的基本概念1.1光度学的基本概念在电磁辐射中可见光只占有很窄的波段。
光度学是来讨论可见辐射的测量和传播。
光度学里所用单位是以人眼的响应为基础的。
本文將介绍光度学的一些相应的单位【1】【2】，和常用单位。
1.1.1光通量通常用光的功率来表示光源在单位时间内发射的光能量的大小，单位为（W/nm）。
辐射通量这个概念可用于所有光谱段的光与辐射。
但人眼对不同波长的光的视觉灵敏度V（入）是不同的，对波长小于380纳米和大于780纳米之间的这部分不可见光，V（入）=0。
因此将光源发射的辐射通量能够引起人眼视觉的这部分能量称为光通量。
通常用积分球法来测量LED的光通量，被测的LED器件发射出的光辐射经积分球壁的多次反射后，产生了和光通量成比例的均匀面出光度，被球壁上的探测器测量到；同时在球内的漫射屏挡住了光线，不让探测器去直接接收被测器件的光辐射。
1.1.2发光强度由于辐射的发光体在空间发出的光通量是不均匀的，大小也是不同的，所以为了表示辐射体在不同方向上光通量的分布特性，需要引入光通量角密度这个概念：光源在特定方向上很小的立体角元内所包含的光通量dΦ与立体角dΩ的比值，称为这个方向上的光强，单位为坎德拉。
LED光强的检测可以分为近场与远场两种情况，在远场的条件下，并且LED 光源的尺寸与光探测器的面积到离光探测器距离相比足够小，LED光源可看做点光源。
此时，光探测器表面光照度E遵循距离平方反比的定理。
在近场的条件下，测量LED时所需要的距离d相对就较短，光源相对尺寸太大，或是探测器表面和光源构成的角度太大了，此时，光探测器测量的光强取决于测量的条件。
照射在离LED有一定距离的光探测器的光通量Φ与探测器所构成的立体角Ω的比值，就是平均发光强度。
发光强度空间分布图仅规定了一个平面，半角强度常定义为发光强度等于最大发光强度一半位置构成的角度，让被测发光二极管绕顶点旋转，也可以让探测器以d为半径旋转，此测量法不仅适用于LED，同样也适用于对称的LED灯具的检测。
光度学与色度学基本概念及应用 LCD LCM LED 背光
光源的色度指标 色温 显色性 颜色的三个心理特征 明度 色调 彩度 混色及颜色匹配
颜色与光谱
颜色 波长范围(nm) 红 620-780 橙 590-620 黄 560-590 黄绿 530-560 绿 500-530 青 470-500 兰 430-470 紫 380-430
常用LED颜色对照表
由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉， 而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此，可以用日光标准（参 照光源），将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源（待测光源）与其比 较，显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。
我国国家标准“光源显色性评价方法GB5702-85”中规定用普朗克辐射 体（色温低于5000K）和组合日光（色温高于5000K）做参照光源。
R G B (C) (R) (G) (B) RG B RG B RG B r (R) g (G) b(B)
r g b 1
对标准白光：
R G B 1
rw gw bw 1/ 3
CIE1931-RGB真实三原色表色系统
546.1 nm b 435.8 nm
三原色色度单位量值确定
CIE规定，当三原色与亮度为5.6508 cd/m2 的等能白光 E 相匹配时，各原色各具有一个色 度学单位，即：
(R) 1.0000 cd/m (B) 0.0601 cd/m
2 2
(G) 4.5907 cd/m
dS d 2 r
发光强度
（Luminous intensity or angular intensity 单位：Candla (cd)）
点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作 Iv，即
《光度学的基本概念》课件
光度学的基本量
光通量
描述光源发出的总光功率，单 位是流明。
光照度
描绘单位面积上接收到的光通 量，单位是勒克斯。
照度计
测量照度的工具，通常用于环 境照明设计。
光度学的应用
1Байду номын сангаас
环境照明设计
优化建筑物内光的使用，提高照明质量和节能效益。
2
光电子学
应用于传感器、光纤通信、发光二极管等电子学器件中。
3
医学和生物学
《光度学的基本概念》 PPT课件
欢迎来到本节课程！光度学是研究光的物理学分支，这门学科有着广泛的应 用。在接下来的几个章节中，我们将介绍光度学的基本概念和应用，以及探 讨光度学在未来的发展前景和挑战。
什么是光度学
定义和作用
光度学是研究光的物理学分支，研究光的各 种物理量和现象。
历史
早在古希腊时期，柏拉图和亚里士多德就对 光的本质做出了分析和解释。
光度学的发展前景 和挑战
随着光学技术的不断进步， 我们预计在未来会有更多创 新的光学技术应用于各个领 域，但同时也面临着挑战和 未知。
推广光度学知识的 必要性
通过推广光度学的知识，我 们也能帮助更多人了解光的 本质以及如何合理使用光， 创造更美好的生活。
用于疾病治疗和脑神经控制等领域。
光度学的未来
• 光学技术的发展将使得更高效的光源和光学器件成为可能。 • 光度学在科学研究中的作用将变得越来越重要。 • 光度学会越来越多地应用于工业和日常生活中。
总结
光度学在人类社会 中的重要性
无处不在的光线对我们的日 常生活有着巨大的影响，了 解光的物理特性对我们正确 使用光具有重要意义。
大学《光学》复习要点
,R kN kN
15、光学仪器的像分辨本领：
艾里斑：
1.22
D
, D 2a
D
瑞利判据： m 1.22
16、马吕斯定律： E E E0 cos
I I 0 cos
2
IM Im I P IP 17、偏振度： P IM Im Fra bibliotek In IP
18、巴比涅原理 19、瑞利判据 20、马吕斯定律 21、布儒斯特定律 22、光的偏振态：自然光、线偏振光、 部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光 23、双折射：o光和e光 24、光的本性
二、基本公式及知识点
sin i1 n2 n12 1、折射定律： sin i2 n1 n i c arcsin 2 , n1 n 2 n 2、全反射： 1 min sin 2 n
2f
暗纹条件：sin
14、多缝夫琅和费衍射和光栅： 多缝衍射的强度公式：
d sin N 2 a sin ， I I0 ( ) ( ) sin ， sin
2
sin
暗纹条件：
m d sin ( k ) N
k 0, 1, 2, 3, m 1, 2,3, , N 1
2
L
4 nh cos i
I0 IR (1 R)2 1 4 R sin 2 ( / 2)
半角宽的具体计算:
1 R ik 4 nh sin ik 2 nh sin ik R
12、菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射： 1 半波带法： A( P0 ) [ A1 (1)( n 1) An ] 2 矢量图解法：
2.6光度学基础
5
3，发光强度
• 发光强度指光源在某方向目的单位立体角dΩ内 dv 发出的光通量dΦv ,即 Iv= 。 d • 发光强度是光度学基本量，也是国际单位制中 七个基本量（长度 m、 质量 kg、 时间 s 、电 流 A 、热力学温度 K 、发光强度 cd 、物质的 量 mol）之一。 • 发光强度的单位是坎德拉，单位符号cd。 • 加反光装置可增加某一方向上的发光强度。
• 光亮度表示光源单位面积上向某方向的发光强度。单位 是cd/m2 。 • 亮度反应了眼睛对物体表面反射光的强弱感觉。
11
常见物体的亮度
12
6、反射比与反射光能损失
• 光垂直照射到两种介质的光滑界面时，在发生折射的同时 ，会须一小部分反射回原介质。没通过界面的反射光，形 成光能损失。 • 反射的光通量与入射的光通量之比称为反射比。
各种场所照度标准参考表——医院
照度(lux) 10000～ 5000 1500～750 场所 视机能检查(眼科明室) 开刀房
750～300
诊疗室,治疗室,制药室,配药室,药局室,解剖室,病理细菌室,急 救室,产房,
院长室,办公室,护士室,会议室
300～150
病房,药品室,病床看书,换药,骨折石膏包扎,婴房,记录室,候诊 室,会诊室
24
25
n n 用ρ表示，ρ= n ' n 反射光能损失与界面两侧的介质 折射率有关。 • 在镜片加工工艺中，通过在镜片的表面镀防反膜，即增透 膜，来降低反射损失。
'
2
13
7，光度学与视觉
7.1光强度与视力
光强度一定时，不同人的视力感觉不同。
14
7.2光照度与视力
• 改善照度的均匀和强弱，能有 效预防和克服视疲劳，降低屈 光不正的发生率。
光度学基础
光度学基础光度学是研究光的流动和光能的传播的科学，也是物理学的一个分支。
它研究光的性质、光的产生、传播、相互作用以及光与物质之间的相互作用等方面的内容。
在光度学中，我们关注的是光的强度、光的波长、光的频率以及光的速度等基本特性。
光的强度是指光的能量在单位时间内通过单位面积的流量，也就是单位时间内光通过的功率。
在国际单位制中，光的强度的单位是瓦特/平方米(W/m²)。
光的强度是光度学中最基本的量度，它可以用来描述光源的亮度。
当光的强度增大时，我们感觉到的亮度也会增加。
光的波长是指光波在传播过程中一个完整波动所需的距离。
在光度学中，我们常用纳米米(nm)来表示光的波长。
不同波长的光会引起不同的视觉效果，例如红光的波长较长，而紫光的波长较短。
光的波长还与光的颜色有关，我们常见的七彩光谱就是由不同波长的光组成的。
光的频率是指单位时间内光波的震动次数。
光的频率与光的波长有关系，它们之间的关系可以用光速来计算。
光速是光在真空中传播的速度，它是一个常数，约为每秒30万公里。
光的频率和波长满足一个简单的关系，即频率乘以波长等于光速。
因此，当光的波长变长时，光的频率会相应变小。
光的速度是光度学中非常重要的一个特性。
光的速度是自然界中最快的速度，它在真空中的数值约为每秒30万公里。
光的速度在不同介质中会发生变化，通常情况下，光在介质中的传播速度会比在真空中的传播速度慢。
这是因为光在介质中会与介质中的原子或分子相互作用，导致传播速度减小。
除了以上几个基本特性外，光度学还研究光与物质之间的相互作用。
光与物质之间的相互作用可以分为吸收、反射、折射和散射等几种形式。
当光通过物质时，物质会吸收光的能量，这就是光的吸收现象。
当光遇到物体表面时，一部分光会被物体表面反射回来，这就是光的反射现象。
当光从一种介质传播到另一种介质时，光的传播方向会发生改变，这就是光的折射现象。
当光通过物质时，光与物质中的微粒相互作用，导致光的传播方向发生随机改变，这就是光的散射现象。
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。
光度学和色度学简介
()λe 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位波长间隔内的光能量。
是波长`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 于是，从面积元dS 发出的各种波长的光的总辐射通量为二、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。
暗视见函数曲线的峰值向短波移动约500 oA ，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时，曲线具有最0302，+90mm 。
85mm ，BP 图3-2大值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.光度学基本概念
光度学基本概念
发布于:2009-9-7
1辐射通量
研究电磁波辐射的测试、计量和计算的学科称为''辐射度学〃。
单位时间内通过某一截面的辐射能即为辐射通量，又称辐射功率（①。
，单位为瓦。
其中波长为人的辐射通量①」㈤与人值有关，总的辐射能量可以用下式计算：
2光视效率函数
人眼能响应的可见光部分只是电磁辐射的一小段（380nm〜780nm）,而人们最关心的也是这段的辐射带给人眼的''明亮"和"颜色"的感觉。
然而，各个波长的光给人眼带来的''明亮〃的感觉并不一致，而且这种视觉反应因个体的差异而有所不同。
为了统一度量便于科学、工业等的交流,CIE（国际照明委员会）在大量心理学、物理学实验的基础上，总结出了光视效率函数。
图1.1是明视觉下的相对光视效率函数曲线，以VS）表示，该曲线中，555nm 即黄绿色时的光视效率最高，记为1。
在中间视觉和暗视觉下，相对光是效率函数曲线左移。
图1： CIE 明视觉光视效率（v （A ））曲线
研究光的测试、计量和计算的学科成为''光度学〃，它以人眼与电磁辐射的交互作用为基础，所量测的不是纯粹的 物理量，而是一种心理物理量。
3光通量
光通量①是辐射通量以光谱光视函数V （入）为权重因子的对应量。
设波长为人的光的辐射通量为①e （入）。
则 对应波长的光通量为:
式中Km 为比例系数，是波长为555nm 的光谱光视效率，也叫最大光谱光视效率，由①e 和①的单位决定。
光通量的SI 单位为流明，Km = 683流明/瓦。
复色光的光通量是对所有波长的光通量求和:
r 79：i
『用0
我飞户㈤血二双％肛救力⑪血（3） 4发光强度
发光强度表示在指定方向上光源发光的强弱，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:
(4)
以㈤二心孙巳⑷ （2）
式中dQ是点光源在某一方向上所张的立体角元。
图2:光强示意图
一般来说，发光强度随方向而异，用极坐标(e,中)来描写选定的方向时，i(e,中)表示沿该方向的发光强度。
在国际单位制中，发光强度的单位为坎德拉(Candela),单位代号：坎(cd)。
值得指出的是，在国际单位制中，发光强度的单位是国际单位制中七个基本单位之一，光度学中其它单位均为导出单位。
5照度
照度是表征受照面被照明程度的物理量，它可用落在受照物体单位面积上的光通量数值来量度，如果照射在物体面元dA上的光通量为d①，则照度E可表达为：
F二丝
((5) 照度的单位称为勒克斯(lux),单位代号：勒(lx)。
下辛
r
mu
上X片明曲
图3照度示意图
对点光源来说d①=IdQ ，因而照度为：
Id0A 1 cos a
h - ------ = ------- --
(((6)
式中R为点光源距受光物体元面积dA中心的距离。
由此可见，点光源所造成的照度反比于光源到受照面的距离的平方，而正比于光束的轴线方向与受照面法线间夹角a的余弦。
此即在光度量测中十分重要的照度平方反比定律。
6亮度
单位表面上在某一方向的光强密度，它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的投影面积之比。
即被视物体在视线方向单位投影面积上的发光强度。
图4:亮度示意图
(7)
式中dA为被视物体的面积元，e为面元法线与观察方向间的夹角，dQ是面元在某一方向上所张的立体角元,d2①是面元在观察方向的立体角元内的光通量，dI是面元观察方向的发光强度。
光亮度的SI单位为坎德拉每平方米。
2.色度学基本概念。