評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)光源的性能指標(biāo)有很多,這些性能指標(biāo)可以分為:光度學(xué)指標(biāo)和色度學(xué)指標(biāo)兩類。其中光度學(xué)指標(biāo)主要有光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光照度、光亮度等,而色度學(xué)指標(biāo)主要有色溫和顯色性。本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源光度學(xué)指標(biāo)的含義及它們之間的關(guān)系作了詳細(xì)的介紹,對(duì)光源知識(shí)感興趣的朋友不妨了解一下!
標(biāo)準(zhǔn)光源光度學(xué)指標(biāo)介紹:
1.光通量
光通量表征光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出光能量的大小。假設(shè)波長(zhǎng)為A的光的輻射通量為Фe(λ),則光通量可表示為:
Φv(λ)= Km·V(λ)·Φe(λ)
其中,Km為比例常數(shù),對(duì)于波長(zhǎng)為555nm的單色光,其值為683lm/W;V(λ)是CIE平均人眼光譜光視效率函數(shù),人眼的視覺過程可以分為明視覺和暗視覺,V(λ)和V'(λ)分別表示其光譜光視效率函數(shù),如下圖所示。
(光譜光效率函數(shù)01)
2.發(fā)光強(qiáng)度
發(fā)光強(qiáng)度表征光源在給定方向上的單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量大小,可表示為:Iv=dФv/dΩ。
3.光照度
照度表征被照表面在單位面積上所接收到的光通量大小,可表示為:Ev=dФv/dA。
4.光亮度
亮度表征光源在給定方向的單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度大小,可表示為:Lv=dIv/dAcosθ。
光通量和光照度的關(guān)系:
照度表示被照面上接受的光的強(qiáng)弱,是單位面積上所得到的光通量。
如果要想求出距離一個(gè)光源rm處的光照度,可以設(shè)想一個(gè)以光源為中心、半徑為rm的球面,球面內(nèi)側(cè)接受的光通量是均勻的,這個(gè)球面的面積A為A=4π·r2,照度 E等于光通量除以面積,即E=Фv/A=Фv/4π·r2(lx)。
例如,一個(gè)發(fā)光強(qiáng)度為1cd的點(diǎn)光源,均勻發(fā)出的光通量為4πl(wèi)m,距離這個(gè)點(diǎn)光源1m位置的照度為1lx。距離這個(gè)點(diǎn)光源2m位置的照度則為(1/4)1x。
反之,如果已知照度E和被照面積A,也可以求出光通量Фv=EA,光通量等于照度乘以面積。如果被照面積上照度是不均勻的,可把被照面積劃分為多個(gè)小面積△A1……△An,測(cè)出每個(gè)小面積上的照度E1……En,用近似公式計(jì)算,即每個(gè)小面積與其上的照度相乘,再全相加得到光通量。
如果劃分的 n 個(gè)小面積其面積全相等,則:Фv=A [(E1+……+En)/n]。
這是常用的計(jì)算投影機(jī)光通量的方法,平均照度乘以投影面積。例如,如果平均照度為10001x,投影面積為3m2,簡(jiǎn)單相乘可知光通量為30001m。
發(fā)光強(qiáng)度與光通量的關(guān)系:
光通量的單位為流明(lm),它是發(fā)光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光源在單位立體角(1sr)內(nèi)發(fā)出的光通量。
如果光源為點(diǎn)光源,并且是均勻發(fā)光體,那么光強(qiáng)(I)與光通量(Φ)符合距離反比平方定律。距離平方反比定律來自于點(diǎn)光源向空間發(fā)射球面波的特性,即點(diǎn)光源在傳播方向某點(diǎn)的輻照度與該點(diǎn)到點(diǎn)光源的距離平方成反比。
在任一錐立體角內(nèi),假設(shè)在傳輸路徑上沒有光能損失或分束,那么點(diǎn)光源向空間發(fā)出的輻射通量是不變的。然而位于球心的均勻點(diǎn)光源所張開的立體角所截的表面積卻和球半徑的平方成正比,這樣在球面上的輻照度就和點(diǎn)光源到該面的距離平方成反比,即:Φ=4πI。
光強(qiáng)度和光照度的關(guān)系:
發(fā)光強(qiáng)度和照度之間存在一定的關(guān)系,發(fā)光強(qiáng)度是指光源發(fā)出的光強(qiáng),而照度則是指光源發(fā)出的光在某一方向上的光強(qiáng)。發(fā)光強(qiáng)度是指光強(qiáng)度的大小,而照度則是指光強(qiáng)度的分布。發(fā)光強(qiáng)度越大,照度也越大,反之亦然。因此,發(fā)光強(qiáng)度和照度之間的關(guān)系是相互影響的,一個(gè)影響另一個(gè)。
此外,發(fā)光強(qiáng)度和照度也受到發(fā)光物體的形狀和大小的影響。發(fā)光物體的形狀越復(fù)雜,發(fā)光強(qiáng)度和照度的差異越大;發(fā)光物體的大小越大,發(fā)光強(qiáng)度和照度也越大。
發(fā)光強(qiáng)度和照度之間存在一定的關(guān)系,發(fā)光強(qiáng)度越大,照度也越大,發(fā)光物體的形狀和大小也會(huì)影響發(fā)光強(qiáng)度和照度。
光照度和光亮度的關(guān)系:
通俗地說,亮度是物體表面明亮的程度。對(duì)于發(fā)光體,亮度表明了它表面發(fā)光的本領(lǐng),主要與它的發(fā)光特性有關(guān);對(duì)于本身不發(fā)光的物體,它的亮度不僅與照亮它的光源的特性有關(guān),還與物體自身的表面特性有關(guān)。例如在同樣的光線下,反射率小的黑絲絨亮度低,反射率高的白紙亮度高。照度表明物體表面被光源照明的程度,即單位時(shí)間內(nèi)投射到物體單位表面上光能量的多少。因此亮度與照度的第一個(gè)重要區(qū)別是:亮度與物體自身的表面特性有關(guān)。照度僅由光源的特性(強(qiáng)弱、遠(yuǎn)近、投射角)確定,與被照明物體的表面特性無關(guān)。
亮度與照度的第二個(gè)區(qū)別是方向性。亮度是有方向的量,談?wù)撃滁c(diǎn)的亮度還必須同時(shí)指明測(cè)試或觀察的方向。例如點(diǎn)亮的手電筒從正面看比斜看亮得多,劣質(zhì)的黑板在教室的某些位置會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反光。照度是無方向的量,物體上某處的照度是周圍環(huán)境投射到該處所有光線之和,無論光線從何方射來,只要投射到物體上的光能量相同,對(duì)照度的影響都相同。
光亮度、光照度與光強(qiáng)度三者的關(guān)系:
光強(qiáng)、亮度和照度都是表示光能光通量的光學(xué)參數(shù)。
光強(qiáng)表示光通量的空間密度,即單位立體角內(nèi)的光通量;照度表示的是光通量的表面密度,即單位受光面上的光通量,而亮度則是單位投影面上的光強(qiáng)。它們之間的關(guān)系如下:
亮度L=I/S(cd/m2)
照度E=F/S(lm/m2)
光強(qiáng)I=F/ω(cd)
所以L=E/ω表示單位立體角內(nèi)的照度
E=Iω/S=IS/Sr2=I/r2表示單位球面積上的光強(qiáng)。