光度學單位的基礎(chǔ)

光度學單位的基礎(chǔ)第一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光是輻射的一種形態(tài),是有能量的---光能夠做功,燒飯和燒水,轉(zhuǎn)變成熱能;---轉(zhuǎn)變成電的例子,可儲存和輸送.第二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光是電磁輻射,是電磁波的一種第三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光一定要度量和一定可以度量的.能量---功率其中:與輻射掛鉤:

輻射能量----輻射功率與眼睛掛鉤:光能量---光功率一定是視覺細胞在起作用.眼睛感覺到的光功率.第四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日視網(wǎng)膜上的視覺細胞:眼睛感覺到的光功率---要經(jīng)過“過濾”“過濾系數(shù)”見右.第五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日一.光度學的單位度量光的強弱(大小)和方向的一門科學.基本單位:

光通量--------發(fā)光體的

發(fā)光強度-----發(fā)光體的

亮度------發(fā)光體

反射體----受照體照明后的反射光

照度-----------受照體的第六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日四個單位的圖示:第七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日1.光通量

光通量:看得見的光輻射功率單位:瓦第八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光通量的單位:流明(lm)眼睛視網(wǎng)膜上的視覺細胞明視覺:錐體細胞>3cd/m2.暗視覺:桿體細胞<0.003cd/m2.第九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日明視覺,中間視覺和暗視覺說明第十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日兩種視覺細胞的光譜光視效率是不同的.分別是光譜光視效率V(λ)和V’(λ)曲線目前的光通量由V(λ)計算得到的第十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日可將兩個圖合并來認識光通量第十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日1W功率555nm的黃綠光發(fā)出的光通量是:683lm.說明:對人的眼睛555nm的黃綠光最敏感.其它顏色的光線的敏感度低于555nm的值.有V(λ)曲線.第十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光源的光通計算第十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日相同的功率(W),不同的光源得到的光通量(Φ)是不同的:400W高壓鈉燈54000lm----138lm/w400W高壓汞燈21600lm-----54lm/w400W金鹵燈38000lm------95lm/w發(fā)光效率就能說明這個問題.

發(fā)光效率(luminousefficiency):

光源發(fā)出的光通量/光源的輸入功率.

發(fā)光效能(luminousefficacy):系統(tǒng)(光源+電器)發(fā)出的光通量/系統(tǒng)的輸入功率.第十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日常見光源的光效:白熾燈10-12lm/w鹵鎢燈15-20lm/w熒光燈---鹵磷酸鈣粉50-70lm/w---三基色粉80—104lm/w高壓汞燈54lm/w高壓鈉燈70-120lm/w金鹵燈60-90lm/w陶瓷金鹵燈85-100lm/wLED(白)(2011年）90-160lm/w第十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日任何一個光源的光通量的大小取決于:自身的功率;光譜組成;任何一個光源的效率的大小取決于:電轉(zhuǎn)換成光的效率;光譜組成.第十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日LED的最高光效第十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光源:發(fā)光效率和發(fā)光效能

發(fā)光效率=光源光通量(lm)/光源耗損功率(W);

發(fā)光效能=光源光通量(lm)/系統(tǒng)耗損功率(W),系統(tǒng)耗損功率=光源功率+配件功率燈具效率和燈具能效燈具效率=燈具光通量(lm)/光源光通量(lm);燈具能效=燈具光通量(lm)/系統(tǒng)耗損功率(W),系統(tǒng)耗損功率=光源功率+配件功率.第十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日對有待機功耗的燈具的效能計算:第二十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日有待機功耗的燈具的能效計算:1)不計入待機功耗時的燈具能效:燈具能效=燈具光通量(lm)/系統(tǒng)耗損功率(W),燈具能效=213lm/8W=28lm/W;2)計入待機功耗時的燈具能效:計算24h內(nèi)的燈具能效:燈具能效=24h內(nèi)的光通量/24h內(nèi)的功率:3h?213lm/(3h?8W+21h?0.5W)=18.5lm/W.第二十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日2.發(fā)光強度一個電珠,光通量一樣,但裝于手電后效果不同了.還需要發(fā)光強度的概念.

第二十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光強度I的定義:

單位立體角中的光通量.單位(cd):1cd(坎特拉)=1lm/1sr∴dΦ=I(θ)dω,Φ=

∫I(θ)dω立體角ω:包圍空間一點的空間角度:第二十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日常用光強的介紹:探照燈:~106cd一般功率的投光燈:幾萬---幾十萬cd路燈(400W):~5000cd礦燈:1200cd燭光:1cd.LED(白光):XX-XXXmcd(毫cd)第二十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日從光源光通量Φ球光源亮度L:對直線狀光源,光通量Φ的熒光燈管:光通量Φ與燈管軸向光強Io的關(guān)系:

Φ=

∫I(θ)dω=

∫

∫Iosinθsinθdθdφ對直線狀光源:

Φ=π2Io舉例:三基色32W燈管,Φ=3200lm,Io=324.6cd..第二十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日3.亮度(發(fā)光體)和出光度(反光體)亮度概念的引入:第二十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日亮度L的定義:

單位投影面積上發(fā)出的光強L=I/S單位：cd/m2.讀作每平方米坎特拉.第二十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日亮度定義應(yīng)用之一:兩個發(fā)光體間的投影面積之比.第二十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日亮度定義的應(yīng)用之二:

探照燈的出射光強I:I=ρ·L·SS:探照燈反射器的投影面積.第二十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日亮度定義的應(yīng)用之三:

出光度M與亮度L表面反射的光通量構(gòu)成了出光度.反射量的多少與反射率有關(guān).出光度M:M=ρ?E第三十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日出光度和亮度的計算(從照度算亮度)第三十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光體的亮度舉例:鎢絲燈?HID燈:~106cd/m2.熒光燈:T12:3-4000cd/m2.T8鹵粉:>8000cd/m2.三基色粉:>10000cd/m2.T5:16000cd/m2.CFL:40000cd/m2.

人眼適應(yīng)的最好亮度:100cd/m2.白云:8000cd/m2.道路:0.5-2.0cd/m2.第三十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日三基色32W燈管,∵Φ=π2IoΦ=3200lm,Io=324.6cd.燈管長1.2m,直徑26mm,平均燈管亮度LIo/1.2m?0.026m=10402cd/m2.第三十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日我們周圍環(huán)境中看到的發(fā)亮物體的亮度和人眼長期適應(yīng)的亮度:第三十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日4.照度E被照面上單位面積S上接受的光通量.E=Φ/S單位:勒克司(lx).即1lx=1lm/1m2.

舉例:夏天的太陽下:80000-100000lx滿月下:2lx辦公室:500lx車間一般照明:150-300lx體育場(國際):垂直1200lx居住小區(qū)最佳半柱面照度Esc:3~10lx第三十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日有多種照度的定義:第三十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日：衡量面觀察方向應(yīng)用場合水平面平面物體辦公，教室，工廠，道路等垂直面對TV攝像機，對對方來人小區(qū)，TV轉(zhuǎn)播運動場，小路半圓柱對對方來人，小區(qū)，小路，圓柱對四周看臺上觀眾運動場第三十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日照度的計算E=I/r2舉例:10000cd的光強在10m遠處的照度?E=10000/10X10=100lx.第三十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日二.LED的發(fā)光特點及在光度學中的情況1.基本特點從光度學內(nèi)容來說,LED并無不同.僅根據(jù)LED的發(fā)光特點,決定了有以下差異:1)LED的光通量僅射向2π空間;2)LED的光強很小,Φ5的僅mcd數(shù)量級;3)LED的亮度很高,達106cd/m2數(shù)量級;4)LED的發(fā)光情況與熱管理有關(guān)。第三十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日2.LED的光通量僅分布在2π空間(半空間)的問題1)LED的燈具做在芯片中去了第四十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日2)與傳統(tǒng)燈具的效率比較第四十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日特別節(jié)能的幾種燈具:(1)下射筒燈(2)線槽燈?櫥柜燈(3)球泡燈第四十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日3)光通量測量上的問題

積分球測量法:應(yīng)該使用的測量形式第四十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日積分球測量光通原則:1.積分球內(nèi)面積與被測物的面積2.使用標準光通量燈做校正,較正內(nèi)容視測試方法而異:1)光通直接比對:需要發(fā)光形式相同配光近似的標準燈(積分法測量),用兩者光通量和接收的信號之比值求得;2)從光通標準燈的光譜和光通量確定被測光譜的絕對分布后計算得到光通量(分光法測量).第四十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日積分法測量用標準光源替代一次測量第四十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日分光法測量---計算過程第一步:用標準光通燈定標;第二步:測量被測光源.第四十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日積分球原理達到平衡后,光源光通Φ,積分球上照度E,積分球面積S和表面吸收系數(shù)α有下關(guān)系:

Φ=(E0+E1+E2+E3…)?S?α即:Φ=E?4πr2?(1-ρ)E=Φ/4πr2?(1-ρ)在點光源時,Φ=4πI0.代入有:E=I0/r2(1-ρ)而第一次照度E0=I0/r2,最后的照度比第一次增大了:1/(1-ρ)倍.在ρ=0.9,1/(1-ρ)=10.ρ=0.98時,E=50E0.第四十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日看LED在積分球內(nèi)測量的問題1.內(nèi)壁骯上下半球骯臟帶來的問題2.燈具配光形式不同帶來的問題第四十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日積分球內(nèi)臟的分析:設(shè)定半球反射率ρ1,另半球ρ2,最后的Φ有:

Φ=(E0+E1+E2+E3…)[S?α1/2+S?α2/2]=E’S(2-ρ1-ρ2)/2E’=2Φ/S(2-ρ1-ρ2)=2?4π?Io/4πr2(2-ρ1-ρ2)=2Io/r2(2-ρ1-ρ2)與原來都是ρ1的相比:E’/E=2Io/r2(2-ρ1-ρ2)/I0/r2(1-ρ1)=2(1-ρ1)/(2-ρ1-ρ2)若ρ1=0.98,ρ2=0.95,E’/E=4/7=0.57;若ρ1=0.98,ρ2=0.90,E’/E=1/3=0.33.影響很大.第四十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日準確測量需要的形式:考慮球內(nèi)的不均勻性后:1)基準與被測配光?光譜相同2)基準與被測置于球側(cè).第五十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日LED基準器的說明:

?相同配光,

?相同光譜,

?光強最好在相似的數(shù)量級,

?熱穩(wěn)定性好(Peltier效應(yīng),半導體致冷).

第五十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日半導體致冷(帕而貼效應(yīng))的說明第五十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日3.LED的光強很小一般的LED光強僅幾百mcd,或大功率的也僅幾個cd.100mcd在0.5m測量也僅0.4lx.一般照度計述的范圍:0.01-3X105lx.計量范圍(受標準燈的限制):40-3000lx.需要在小數(shù)值和大數(shù)值之間的線性和準確度.注意!!例如上述照度計在1.5X10-1-3X105lx之間的不確定度Urel=1.4%(K=3).第五十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日LED太小,所以CIE規(guī)定了測量光強的辦法:測量標準條件:光度計有效接受面積:100mm2;直徑11.283mm,近似11.3mm.原因:1)LED太小,配光變化多,必須規(guī)范;2)規(guī)定元件的比較條件,利于比較和表述;第五十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日遠場條件(CIE標準條件A):L=316mm,接受面對LED頂?shù)膹埥?.001sr,相應(yīng)平面角2