光度學(xué)
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光度學(xué)是1760年由朗伯建立的,且定義了光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照度、亮度等主要光學(xué)光度學(xué)參量,并用數(shù)學(xué)闡明了它們之間的關(guān)系和光度學(xué)幾個(gè)重要定律,如照度的疊加性定律、距離平方比定律、照度的余弦定律等,這些定律一直沒(méi)用至今,實(shí)踐已證明是正確的。
在可見(jiàn)光波段內(nèi),考慮到人眼的主觀因素后的相應(yīng)計(jì)量學(xué)科稱(chēng)為光度學(xué)。
光度學(xué)除了要定義一些物理量并確定相應(yīng)的測(cè)量單位外,還要研究測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)量方法。對(duì)各種光源進(jìn)行光度的特性測(cè)量廣泛應(yīng)用于光學(xué)工業(yè)、照明工業(yè)、遙感遙測(cè)、色度學(xué)和大氣光學(xué)等領(lǐng)域。對(duì)各種光敏和熱敏探測(cè)器也需要運(yùn)用光度的測(cè)量技術(shù)來(lái)確定其靈敏度及響應(yīng)特性。
光度學(xué)通常引進(jìn)下述物理量來(lái)進(jìn)行描述:
①光通量。
在光度學(xué)中,光通量明確的被定義為能夠被人的視覺(jué)系統(tǒng)所感受到的那部分光輻射功率的大小的度量。
輻射通量以光譜光視函數(shù)V(λ)(即視見(jiàn)函數(shù),見(jiàn)可見(jiàn)光)為權(quán)重因子的對(duì)應(yīng)量。設(shè)波長(zhǎng)為λ的光的輻射通量為Φe(λ)。對(duì)應(yīng)的光通量為
Φv(λ)=KmV(λ)Φe(λ)
式中Km為比例系數(shù),是波長(zhǎng)為5550埃的光譜光視效能,也叫最大光譜光視效能,由Φe和Φv的單位決定。光通量的SI單位為流明,Km=683流明/瓦。復(fù)色光的光通量需對(duì)所有波長(zhǎng)的光通量求和。
②發(fā)光強(qiáng)度。點(diǎn)光源在某方向上單位立體角內(nèi)的光通量,記作Iv,即Iv=dΦv/dΩ。發(fā)光強(qiáng)度的SI單位為坎德拉,是光度學(xué)中的基本單位,1979年第十六屆國(guó)際大會(huì)通過(guò)的坎德拉的定義為:坎德拉是發(fā)出頻率為540×1012赫茲的單色輻射源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度,該方向上的輻射強(qiáng)度為1/683瓦/球面度。
③光亮度。它表示單位面積上發(fā)光強(qiáng)度。輻射亮度的光度學(xué)對(duì)應(yīng)量,其定義為:lv=(div)/dscosθ
式中dS為面光源上的面積元,θ為面元法線與觀察方向間的夾角,div是面元在觀察方向的發(fā)光強(qiáng)度。光亮度的SI單位為坎德拉/米2。光亮度的其他常用單位有熙提和朗伯,
1熙提=104坎德拉/米2,
1朗伯=104/π坎德拉/米2。光亮度一般隨觀察方向而變,若一輻射體的光亮度是與方向無(wú)關(guān)的常量,則其發(fā)光強(qiáng)度與cosθ成正比,此規(guī)律稱(chēng)為朗伯定律,這種輻射體稱(chēng)為朗伯輻射體或余弦輻射體。黑體是理想的余弦輻射體。
④光照度。單位受照面積上接收到的光通量,單位為流明/米2 ,稱(chēng)勒克斯。發(fā)光強(qiáng)度為Iv的點(diǎn)光源在離光源的距離為r處的照度為:Ev=(Iv/r2)cosi
式中為光沿r方向射到受照面的入射角,入射光垂直入射時(shí),=0,Ev=Iv/r2 ,此即光照度的平方反比律。
⑤光出射度。從輻射源單位表面積發(fā)出的光通量。漫反射面受光照后,其光出射度與光照度成正比,比例系數(shù)小于1,稱(chēng)漫反射系數(shù)。
光出射度(luminous exitance)
光出射度是表征光源自身性質(zhì)的一個(gè)物理量。光源的光通量除以光源的面積就得到光源的光出射度值。光出射度用lumen/㎡表示,但與照度測(cè)試和lux不同,光出射度中的面積是指光源的面積,而不是被照射的面積。平板發(fā)射會(huì)測(cè)試該值。
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