光度学单位基础
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。
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。
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。
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。
0.2 辐射度学和光度学基础
四、黑体辐射
黑体定义： 黑体定义：能全部吸收各种波长的辐射能而不 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 简称黑体 黑体的结构：不透明的材料制成带小孔的的空 黑体的结构： 可近似看作黑体。 腔,可近似看作黑体。 研究黑体辐射的 规律是了解一般物体 热辐射性质的基础。 热辐射性质的基础。
辐射出射度Me 辐射出射度Me
W/m2
辐射照度Ee 辐射照度Ee
dΦ Ee= dΦe/dA
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.5 基本辐射度学物理量的核心量 辐射功率（辐射通量） 辐射功率（辐射通量） 1、共7个物理量 2、辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 ）： 能量， e=dQ/dt， 能量，Φe=dQ/dt，瓦（W） 3、其它6个量除辐射能量密度外，5个量都直 其它6个量除辐射能量密度外， 接与辐射功率相联系。辐射能量、 接与辐射功率相联系。辐射能量、辐射强 辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。 度、辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.10 联系辐射度学和光度学的坎德拉
1cd= 1/683 W/sr——坎德拉定义 坎德拉定义 1cd=1lm/sr——流明定义 流明定义 555nm单色波长条件下 单色波长条件下 1lm/sr=1/683 W/sr 1lm=1/683 W （上式约去 ） 上式约去sr） Km=683lm/W （上式同时除以 上式同时除以1/683W） ） ——明视最大流明效率（最大光谱效能）。 明视最大流明效率（ 明视最大流明效率 最大光谱效能）。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.2 研究范围
光度学1
晒 版
一、光度学基础
辐射能： 1. 辐射能 ： 辐射体向四周辐射时发出的全 部能量。 单位： 部能量。（单位：焦耳 J） 2.辐射通量：单位时间通过某一面积的辐射能 2.辐射通量： 辐射通量 量大小， 表示。 单位： 量大小，用Фe表示。 （单位：瓦 W） 3.光通量： 3.光通量：辐射能中能引起人眼光剌激的那 光通量 一部分辐射通量称为光通量， 表示。 一部分辐射通量称为光通量，用Ф表示。 单位： Lm） （单位：流明 Lm）
4.发光强度： 4.发光强度： 发光强度 a)立体角： a)立体角：一个任意形状的封闭锥面所包含的空间称为立 立体角 体角， 表示。 单位：球面度Sr Sr） 体角，用Ω表示。 （单位：球面度Sr） 若以锥顶为球心， 若以锥顶为球心，以R为半径作一球面，则此锥体的边界在 为半径作一球面， 球面上所截的面积S除以半径的平方即为立体角的大小， 球面上所截的面积S除以半径的平方即为立体角的大小， Ω= S/ R2 R2 R
s.cosi)
i
面光源（ ） 面光源（S） S.cosi
仓库100200lx食堂200lx卫生间100lx起居室300lx办公室500lx建筑物走道50lx楼梯100lx停车场车道100lx距地面85cm测量值距地面20cm测量值房间照度达到100勒克斯距地面85cm白炽灯发光效率比15流明瓦20瓦平方米日光灯发光效率比60流明瓦55瓦平方米在对颜色进行严格的评价对比时照度要调到2000500lx一般性观察可使用500125lx光源为50
球的表面积=4πR 球的表面积=4πR2
b)发光强度：当光源线度与光源的光照距离相比 发光强度： 发光强度 可以忽略不计时，光源可视作点光源。 可以忽略不计时，光源可视作点光源。点光源沿 某一方向在单位立体角内所发出的光通量称为发 光强度， 表示。（单位 表示。（单位： 光强度，用I表示。（单位：坎德拉 cd） ） I= Ф/ 注：光源灯管的线度小于光照距离的十分之一 光源可作为点光源。 时，光源可作为点光源。 若光在各个方向上辐射光通量是均匀的，则整个 若光在各个方向上辐射光通量是均匀的， 空间的平均发光强度为常数。 空间的平均发光强度为常数。 I= Ф/ 4π
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。
光度学,色度学基础知识
光度学基本知识
即得
I cosα I ' cosα ' + 2 R R '2 4 I = 60cd , cosα = ; I ' = 48cd 6 12 cosα ' = 122 + 62 − 42 E=
(
R = 6, R' = 122 + 62 − 42
(
)
)
最后得
60 × 4 48 × 12 E= + = 1.385lx 3 3 6 164
其中 :[C]——某一特定颜色 , 即被匹配的颜色 ; [R]、[G] 、[B]——红、绿、蓝三原色 ; r 、 g 、 b ——红、绿、蓝二原色的比例系数 , 以表示相对刺激量 ; ≡——表示匹配关系 , 即在视觉上颜色相同 , 而不是指能量或光谱成分相同
三原色系数相加等于 1, 即 r+g+b=1
饱和度= 单色光流明数/（单色光流明数+白光流明数）
明度 用它来标志颜色的明亮程度。用颜色的总流明数表示。 色调和饱和度合称色品，是颜色的色度学特征；亮度是颜色的光度学 特征。色调、饱和度和明度这三个感觉量一起决定了颜色的特征。
色度学基本知识
四、表色系统
表色系统可分为两大类。一类是以彩色的三个特性为依据 , 即按色 调、明度和饱和度来分类 ; 另一类是以三原色说为依据 , 即任一给定 的颜色可以用三种原色按一定比例混合而成。在此 , 简单介绍一下后 一类表色系统——三色分类系统。该系统是以进行光的等色实验结果 为依据、由三刺激表示的体系。用的最广泛的是 CIE 表色系统。 视觉器官对剌激具有特殊的综合能力 , 即无论受单一波长的单色光刺 激还是受一束包含各种波长的复合光剌激 , 眼睛都只产生一种颜色感 受。研究证明 , 光谱的全部颜色可用红、绿、蓝三种光谱波长的光按 不同比例混合而成。用不同比例的上述三种原色相加混合成一种颜 色 , 用颜色方程可表达为 [C]≡r[R]+g[G]+b[B]