Transcript 光度学量
第一章 光电检测基础 1.3 光度的基本物理量 本专题学习要求： 1.掌握光度学的基本物理量 2.了解光度学中各物理量之间的关系 定义 光度学（Photometry）是研究可见光辐射强弱的 学科，可见光度学实质上是辐射度学的一部分。 光度学适用于波长在0.38μm~0.78μm范围内的电 磁辐射－可见光波段，它使用的参量称为光度学量。 以人的视觉习惯为基础建立。 光度学量描述光辐射能为人眼接受所引起的视觉 刺激大小的强度，是生理量。 人眼结构 人眼感光细胞 人眼的视觉细胞分为两种，它们分别是锥体细胞 和杆状细胞。 锥体细胞负责感受色彩，它分为视红锥体细胞、 视绿锥体细胞和视蓝锥体细胞。 杆状细胞负责感光，它对光的灵敏度比锥体细胞 强很多。 人对不同波长光的感受 人的视觉神经系统对各种不同波长的光的感 光灵敏度是不一样的，对绿光最灵敏，对红光、 蓝光灵敏度要低得多。 国际照明委员会（CIE）根据对许多人的观 察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波 长光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者 ”的光谱光视效率或称视见函数 国际照明委员会 光通量V和辐射通量e可通过人眼视觉特性进行转换，即 V ( ) KmV ( )e ( ) 式中，V()是CIE推荐的平均人眼光谱光视效率(或称视见函数) 图给出人眼对应明视觉和暗视觉的视见函数。 暗视觉 1.0 明视觉 0.8 V ¹âÊÓЧÂÊ ' V 0.6 0.4 0.2 0.0 400 500 600 ²¨ ³¤ (nm) 700 800 曲线V(λ)对应于亮适应条件下观察到的 明视觉的不同波长下的灵敏度，而V’(λ)则 是完全暗适应条件下观察到的暗视觉的灵敏度 曲线。 这可以理解为白天和夜间人眼的光谱光视 效 率 是 不 同 的 。 V(λ) 的 峰 值 在 555nm 处 ， V’(λ)的峰值在 507nm处。 光度学量 物理量名称 V ( ) KmV ( )e ( ) 符号 定义式 单位 光量 Qv Qv=v dt 光通量 v v=Iv dω lm（流明） 光出射度 Mv Mv=dv/dA lm/m2 （流明/米2） 基本量 cd坎德拉（流明/球 面度） 发光强度 亮度 照度 Iv Lv Lv=dIv/(dAcos) Ev Ev=dv/dA lms(流明秒) cd/m2(坎德拉/米2) lx勒克斯（流明/米2） 光量 Qv 光量有时也称为光能，是人眼可见的那部分 辐射能，是光通量Φ在可见光范围内对时间的积 分： Qv=v dt 光量的单位为流明•秒（lm•s）。 光通量 v 光通量是单位时间内发射(传输或接收) 的光能,即 光通量是光能的时间分辨率。由于光度量是人眼对相应 辐射度量所受到的视觉刺激值, 而评定此刺激值的基础 是光谱光视效率V(λ), 即人眼对不同波长的光能量产 生感觉的效率。光谱辐射通量为Φe(λ)的可见光辐射 ，所产生的视觉刺激量，即光通量为: Φv(λ) =K(λ) Φe(λ)= Km V(λ) Φe(λ) 式中，K(λ)为辐射度量与光度量之间的比例系数。等 号左边Φv 是光通量，其单位是流明（lm）；等号右边 的Φe(λ)是辐射通量，单位是瓦（W），所以K(λ)的 单位为流明/瓦 K(λ)峰值记为Km ，对于明视觉Km=683 lm/W。它表 明在波长555nm处，即人眼光谱光视效率最大（V(λ)=1 ）处，光辐射产生光感觉的效能为：1W的辐射能通量产 生 的 光 通 量 为 683 lm ； 换 句 话 说 ， 此 时 1lm 相 当 于 1/683W。 总光通量与辐通量之间的关系为： Φv = Km 780 380 Φe(λ)V(λ)dλ 光出射度 Mv 光源表面给定点处单位面积向半球面空间内发 出的光通量，称为光源在该方向上的发光强度，计 量单位为单位为流明每平方米（lm/m2 ），其表达式 为： Mv=dv/dA 式中，dΦv为给定点处的面元dA发出的光通量。 发光强度 Iv 光源在给定方向上单位立体角内所发出的 光通量，称为光源在该方向上的发光强度： d v Iv d 式中dΦv为光源在给定方向上的立体角元 dω内发出的光通量。 发光强度的单位为坎德拉 （ Candela, 记作cd）。坎德拉是国际单位制中7个基本单 位之一。其定义为：坎德拉（cd）是一光源 在给定方向上的发光强度。该光源发出频率 为540×1012 赫兹的单色辐射，且在此方向上 的辐射强度强度为1/683瓦特每球面度。 亮度 Lv 光源表面一点处的面元dA在给定方向上的发光强 度dIv与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面 积之比，称为光源在该方向上的亮度： Lv dIv dA×cos 式中，θ为给定方向与面元法线间的夹角。亮度的法 定计量单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。 照度 Ev 被照明物体给定点处单位面积上的入射光通量称 为该点的照度： Ev=dv/dA 式中，dΦv 为给定点处的面元dA上的光通量。照度的 法定计量单位为勒克斯（lx）（lm/m2）。 照度和亮度的区别 不要把照度跟亮度的概念混淆起来。它们 是两个完全不同的物理量。照度表征受照面的 明暗程度，照度与光源至被照面的距离的平方 成反比。而亮度是表征任何形式的光源或被照 射物体表面是面光源时的发光特性。如果光源 与观察者眼睛之间没有光吸收现象存在，那么 亮度值与二者间距离无关。 辐射度学和光度学 区别： 1.适用范围 辐射度学适用于整个电磁波谱。 光度学适用于可见光波段。 2.参量性质不同 辐射度学量是客观物理参量。 光度学量生理量，由人眼感觉确定。 联系： 1.都是描述光辐射的强弱。 2.所用物理符号一一对应。