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              光源有哪些光學參數?光通量和光照度什么關系?

              光源有哪些光學參數?描述光源的光學參數有很多,如光強、光通量、亮度、照度等,其中光強、亮度和照度都是表示光能光通量的光學參數。光強表示光通量的空間密度,照度表示的是光通量的表面密度,而亮度則是單位投影面上的光強。那么,光通量和光照度什么關系?本文對光源的光學參數及光通量和光照度的關系做了介紹,感興趣的朋友可以了解一下!

              光通量和光照度

              光源的光學參數介紹:

              1.光強

              設某個點光源向各個方向都均勻輻射,則光強可定義為發射到單位立體角dΩ的光通量dΦ的比值,即I=dΦ/dΩ。光強/的單位為坎(cd);Ω的單位為球面度(sr);Φ為光通量,單位為流明(lm)。

              光強表示光源在給定方向上的發光強度,單位為坎,坎定義為:光源發出頻率為540x10(12)Hz的單色輻射光,且在此指定方向上的輻射強度為1/683W/sr,W為能量單位,由于點光源向四周均勻輻射,而球心對球面總立體角有4n球面度,所以I=Φ/4π。1cd光強的點光源發出的總光通量為4πlm。

              2.光通量

              光源以電磁波的形式輻射出的光功率稱為光通量。光通量是用于度量可見光對人眼的視覺刺激程度的量,與輻射度量中的輻通量對應,單位為流明(lm),單位流明定義為:發光強度為1cd的均勻點光源在一球面立體角內發射的光通量,即1lm=1cd*sr。流明的測量常以人眼的光感覺來度量其輻射功率。人眼對不同波長、相同輻通量的可見光的敏感程度不同,這表明人的視覺系統對不同波長可見光有不同的相應靈敏度,稱為光譜光效率函數。觀察場明暗程度不同時,人眼光譜敏感特性稍有不同。國際照明委員會(CIE)根據實驗確定兩種光譜光效率函數:明視覺光譜光效率函數V(λ)和暗視覺光譜光效率函數V‘(λ),函數曲線如下圖所示,這里函數值已經歸一化。

              光譜光效率函數

              其中,是在亮視場觀察時,最敏感波長為555nm;是在暗視場觀察時,最敏感波長為607nm。

              對于單一波長的光源來講,光通量Φ與輻射功率的關系為:

              Φ=kP(λ)V(λ)

              式中k=683lm/W,P(λ)為光源輻射功率的波譜分布。在可見光范圍內對所有波長求和,即為光源的光通量:

              光源的光通量

              式中積分的△范圍為可見光范圍,即△=380nm~780nm。

              4.亮度

              亮度B是發光面的明亮程度的度量,決定于單位面積的光強。光可以從一個面光源直接輻射,也可以由入射光照射下從單一表面反射出來或者是某光源經介質透射出來。從某一角度α去看發光面S,如下圖所示,亮度與該角度的光強Iα成正比,與所見的面積Scosα成反比。其亮度定義為:β=Iα/lScosα。In為S發光面法線方向的發光強度,Iα為S發光面在指定方向的發光強度,α為該方向與法線的夾角。在任何方向看到的Iα越大或Scosα越小,則亮度B越大,即明亮程度越高,按前述的理想漫射的面光源,即光強按余弦規律分布,則:

              亮度計算公式

              也就是說,理想漫射的面光源的亮度余方向角度α 無關。亮度的單位是坎每平方米,cd/m2。

              發光面的視在面積

              5.照度

              照射在單位面積上的光通量就是照度E,即E=Φ/S,單位為勒(lx),lx定義為在1m2的面積上照有1lm的光通量。照度與成像的好壞有很大關系,為了得到良好的圖像,常用強光來照射。由于光強I=Φ/Ω,而立體角Ω又和球半徑r有關,這樣照度E定義為:E=Φ/S=I/r2,即當光強I一定時,照度與距離平方成反比。光源為平行光束時,照度和距離無關。


              光通量與光照度的關系:

              照度表示被照面上接受的光的強弱,是單位面積上所得到的光通量。

              如果要想求出距離一個光源rm處的光照度,可以設想一個以光源為中心、半徑為rm的球面,球面內側接受的光通量是均勻的,這個球面的面積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,一個發光強度為1cd的點光源,均勻發出的光通量為4πlm,距離這個點光源1m位置的照度為1lx。距離這個點光源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小面積△A1……△An,測出每個小面積上的照度E1……En,用近似公式計算,即每個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 個小面積其面積全相等,則:Фv=A [(E1+……+En)/n]。

              這是常用的計算投影機光通量的方法,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,簡單相乘可知光通量為30001m。

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