光度学中几个重要概念
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。
光照度
在光度学中是没有“光强”这样一个概念的。
常用的光学量概念有发光强度、光照度、光出射度和光亮度。
“光强”只是一个通俗的说法，很难说对应哪一个光度学概念。
以上所说的几个概念都是有严格的物理定义的：发光强度：光源在单位立体角内发出的光通量，单位是坎德拉，即每球面度1流明。
光照度：被照明面单位面积上得到的光通量，单位是勒克斯，即每平方米1流明。
光出射度：光源单位面积上发出的光通量，单位与光照度相同。
光亮度：单位面积上沿法线方向的发光强度，或称单位面积在其法线方向上单位立体角内发出的光通量，单位是尼特，即每平方米每球面度1流明。
由于发光强度、光亮度与方向有关，容易推导出：各个方向上光亮度相同的光源其发光强度是方向的余弦函数，在法线方向上发光强度最大，称为余弦辐射体，也叫朗伯光源。
各个方向上发光强度都相等的光源其光亮度就是不等的。
发光强度、光出射度和光亮度都是表示光源的发光的发光特性的。
楼上所说考虑太阳到地球距离的平方是将太阳当成点光源，利用地面上的照度计算太阳的发光强度。
而把太阳朝向地球的这一面作为一个面光源，再除以这个面积就是太阳在与地球连线方向的光亮度。
当然这与太阳直接发光的发光强度或光亮度相比是有下降的，因为太阳光经过大气还要衰减的。
这些光学量都用到光通量，光通量是与辐射能通量相对应的光学量，因为光是一种电磁辐射。
不同波长的电磁波1瓦的辐射能通量所相当的光通量是不一样的，换算到光通量要考虑人眼的光谱灵敏度曲线，即人眼对不同波长同样的辐射能通量所感受到的光是不一样的，如红外光、微波、紫外光等人眼是看不见的，而400nm到760nm波长的可见光是人眼能看得见的。
在物理光学中也提到“光强”，是用麦克斯韦方程组解出光的电矢量，电场强度的平方就是物理光学中的光强，主要用于计算干涉、衍射效应得到的图形。
在光学各相关学科中光强度是一个比较含糊的概念，不同的分支有不同的说法，有的等同于发光强度，有的等同于光照度，有的等同于光亮度。
光度学在视光中的应用
光度学在视光中的应用
光度学在视光中的应用主要体现在以下几个方面：
1. 亮度测量：光度学可以帮助测量视光仪器发出的光的亮度，从而确保患者在使用视光仪器时能够获得足够的光线。
例如，在验光配镜过程中，通过测量眼镜片的亮度，可以确定眼镜片的反射率，从而帮助医生更好地了解患者的视觉需求。
2. 光照度测量：光照度是衡量视光仪器发出的光的亮度的指标之一。
通过测量光照度，可以帮助医生更好地了解患者的视觉需求，从而为其提供更加个性化的配镜方案。
3. 对比度测量：对比度是衡量视光仪器发出的光的亮度和暗度的指标之一。
在验光配镜过程中，通过测量眼镜片的对比度，可以帮助医生更好地了解患者的视觉需求，从而为其提供更加个性化的配镜方案。
总的来说，光度学在视光中的应用广泛且重要，为患者提供了更个性化的配镜方案，并确保了患者在使用视光仪器时能够获得足够的光线。
发光强度、光通量、光效、照度、亮度的简单介绍(精)
0、前言
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。（是点光源的固有属性，表征光线的汇聚能力）
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。
3.8mx6.5m，有12个20W的日光灯管，桌面照度为400勒克司。
常见照度（勒克司）：
阳光直射（正午）下，110,000
阴天室外，1000
商场内，500
阴天有窗室内，100
普通房间灯光下，100
满月照射下，0.2
简单的计算原理（实际很复杂，涉及微积分自己网上了解即可）
照度E=（光通量L/（照射面积S*垂直距离的平方））*COS3θ（夹角为垂直光线与照射面法线夹角）
定义：单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流，也叫单位面积发光面的光照强度。坎德拉/平米
光度学的几个基本概念
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。
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）
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1.阐述光度学中几个重要概念（光通量、发光强度、发光亮度与照度）的定义、意义及单
位，并讨论光度学与辐射度学的异同。
答：光通量：○1定义：单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。
○2意义：用以衡量按照国际规定的标准人眼视觉特性评价的辐射通量的导出量的多少。
○3单位：（流明）。
发光强度：○1定义：在给定方向上（该方向上的辐射强度为（1/683）（瓦特/球面度））的单位立体角发出的光通量。
○2意义：用以衡量光场中某点的光强指的是通过该点的平均能流密度的大小。
○3单位：（坎德拉）。
发光亮度：○1定义：人眼从一个方向观察光源，在这个方向上的光强与人眼所“见到”
的光源面积之比，定义为该光源单位的亮度，即单位投影面积上的发光强度。
○2意义：用以衡量是指发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理量。
○3单位：（坎德拉立方米）。
照度：○1定义：单位面积上所接受可见光的光通量。
○2意义：用于指示光照的强弱和物体表面积被照明程度的量。
○3单位：（勒克斯）。
光度学与辐射度学的异同：相同点：○1研究对象相同：都是光学辐射，且多数为非相干辐射。
○2知识基础相近：都是应用光学的分支。
不同点：○1研究范围不同：辐射度学研究范围为整个电磁辐射谱区；光度学只处理人眼可感知的光，即可见光，波长范围为380～780nm纳米。
○2角标不同：辐射度参量一般用下脚标e表示；光度学参量则用下脚标v表示。
○3常用的度量不同：具体内容见下图。
2.试解释为什么鸡、狗等白天生活的动物在黑夜中看不见物体，而猫头鹰、老鼠等黑夜生
活的动物却能看到物体。
答：鸡狗的视觉细胞中杆状细胞较少，由于杆状细胞的特点是感光灵敏度高，在暗
场所起主要作用，所以她们在黑夜中很难看见物体；而猫头鹰、老鼠的杆状细胞相对多而发达，故能在黑暗中看见物体。
3.通过查阅资料（课本中表1-3），试计算波长分别为440nm，500nm，以及520nm的单
色光在色度图上的坐标。
答：根据表中的数据知，440nm的单色光在色度图上的坐标为（0.3483,0.0230,1.7471）；
500nm的坐标为（0.0049,0.3230,0.2720）；520nm的坐标为（0.0633,0.7100，0.0782）。