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光度量
光度量和辐射度量的定义、定义方程是一一对应的。若遇易混淆时,则在辐射度量符号上加下标“e”,而在光度量符号上加下标“V”,例如辐射度量Qe, Φe,Ie,Me,Ee等,它们对应的光度量为Qv,Φv,Iv,Lv,Mv,Ev等。
此外,辐射度量和光度量都是波长的函数,因此当描述光谱量时,在它们的名称前加“光谱”二字,并在它们相应的符号上加波长的符号“λ”作为下标,例如光谱辐通量记为 等等。
光通量Φv和辐通量Φe的关系可写成如下方程:
           
同理
,等等。
式中,V(λ)是CIE推荐的平均人眼的光谱光视效率(也叫视见函数)。对于明视觉,它是对应波长为555nm的辐通量Φe(555)与某波长能对平均人眼产生相同光视刺激的辐通量Φe(λ)的比值。1971年CIE公布的明视觉V(λ)标准值已经经国际计量委员会批准,其V(λ)曲线见图1.3-1。
Km是一比例常数。对于波长555nm的单色光(V(555)=1),Km等于683m/W。原先它是根据在一个标准大气压下(101325N/m2)黑体辐射器在铂凝固温度(2042K)明视觉亮度定义为60cd/cm2而得出的,即
  (lmW-1
式中Le(λ)(在2042K)可由黑体辐射表查得。
光度量和辐射度量的关系可用图解来求得(图1.3-1)。图中V(λ)Φe(λ)曲线是V(λ)和Φe(λ)曲线在同一波长处两值的乘积。纵坐标比例尺为
式中 是光通量的比例尺, 是辐通量的比例尺。由此
式中
图1.3-1中,Φe(λ)曲线和Φe(λ)V(λ)曲线与横坐标轴所包容的面积比为
                   

 
图1.3-1  光度量和辐射度量的关系
 
K的意义是光源发出的辐通量可产生多少能对目视引起刺激的光通量。比值K叫做光视效能。它是衡量光源产生视觉效能大小的一个重要指标,量纲是lmW-1。例如,钨丝白炽灯K=15~20lmW-1,太阳K=100 lmW-1,波长为555nm的单色光K=Km=683 lmW-1。这样一个60W的白炽灯,它的光通量约为750~1200 lm。在照明工程中,通常希望光源有高的光视效能,当然还要考虑到光的颜色。
光谱光视效能K(λ)的最大值是Km。Km叫做最大光谱光视效能。
V叫做光视效率。它是无量纲的,和光视效能只相差一个常数Km(683 lmW-1),表示辐射量被利用来引起光视刺激的效率。
光度量中最基本的单位是发光强度的单位——坎德拉(Candela),记作cd,它是国际单位制中七个基本单位之一。它的定义是发出频率为540×1012(对应在空气中555nm的波长)的单色辐射,在给定方向上的发光强度规定为1cd。用光而不用铂凝固温度来规定,可以摆脱温标和温度测量对光辐射度量和它的测量的影响。
在表1.3-1中,光通量的单位是流明(lm)。1 lm是光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。
光度量的其它单位如表1.3-1所示。
 
 
表1.3-1     基本光度量的名称、符号和定义方程
名称
符号
定义方程
单位
单位符号
光量
Q
 
流明秒
流明小时
光通量
Q/
流明
发光强度
I
I=dQ/dΩ
坎德拉
(光)亮度
L
L=d2Φ/dΩdAcosθ
 =dI/dAcosθ
坎德拉
每平方米
光出射度
M
M=dΦ/dA
流明每平方米
(光)照度
E
E=dΦ/dA
勒克斯(流明每平方米)
( )
光视效能
K
K=Φv/Φe
流明每瓦(特)
光视效率
V
V=K/Km
Km为最大光谱光视效能
表中Φv是光通量,Φe是辐通量.
表1.3-2  常见物体的亮度
光源名称
亮度(尼提)
地球上看到的太阳
1.5×109
地球大气层外看到的太阳
1.9×109
普通碳弧的喷头口
1.5×108
超高压球状水银灯
1.2×109
钨丝白炽灯
(0.5-1.5)×107
乙炔焰
8×104
太阳照射下的洁净雪面
3×104
距太阳75º角的晴朗天空
0.15×104
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