光度学单位的基础

1、光度学单位的基础第1页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一光是辐射的一种形态,是有能量的 -光能够做功,烧饭和烧水,转变成热能; -转变成电的例子,可储存和输送.第2页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一光是电磁辐射,是电磁波的一种第3页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一光一定要度量和一定可以度量的. 能量-功率其中:与辐射挂钩: 辐射能量-辐射功率与眼睛挂钩: 光能量-光功率一定是视觉细胞在起作用. 眼睛感觉到的光功率.第4页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一视网膜上的视觉细胞:眼睛感觉到的光功率-要经过“过

2、滤”“过滤系数”见右.第5页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一一.光度学的单位 度量光的强弱(大小)和方向的一门科学.基本单位: 光通量-发光体的 发光强度-发光体的 亮度-发光体 反射体-受照体照明后的反 射光 照度-受照体的第6页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一四个单位的图示:第7页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一1.光通量 光通量:看得见的 光辐射功率 单位:瓦第8页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一光通量的单位:流明(lm)眼睛视网膜上的视觉细胞明视觉:锥体细胞 3cd/m2.暗视觉:杆体细胞8

3、000 cd/m2. 三基色粉:10000 cd/m2. T5:16000 cd/m2. CFL:40000 cd/m2. 人眼适应的最好亮度:100 cd/m2. 白云:8000cd/m2. 道路:0.5-2.0 cd/m2.第32页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一三基色32W灯管, =2Io=3200lm, Io=324.6cd.灯管长1.2m,直径26mm,平均灯管亮度L Io /1.2m0.026m=10402cd/m2.第33页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一我们周围环境中看到的发亮物体的亮度和人眼长期适应的亮度:第34页，共63页，2

4、022年，5月20日，17点29分，星期一4.照度E 被照面上单位面积S上接受的光通量. E= /S单位:勒克司(lx).即 1lx=1lm/1m2. 举例: 夏天的太阳下:80000-100000lx 满月下:2lx 办公室:500lx 车间一般照明:150-300lx 体育场(国际):垂直1200lx 居住小区最佳半柱面照度Esc:310lx第35页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一有多种照度的定义:第36页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一：衡量面观察方向应用场合水平面平面物体办公，教室，工厂，道路等垂直面对TV摄像机，对对方来人小区，TV转播

5、运动场，小路半圆柱对对方来人，小区，小路，圆柱对四周看台上观众运动场第37页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一照度的计算 E=I/r2举例: 10000cd的光强在10m远处的照度? E=10000/10X10=100lx.第38页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一二.LED的发光特点及在光度学中的情况 1.基本特点 从光度学内容来说,LED并无不同.仅根据LED的发光特点,决定了有以下差异: 1) LED的光通量仅射向2空间; 2) LED的光强很小,5的仅mcd数量级; 3) LED的亮度很高,达106cd/m2数量级; 4) LED的发光情况与

6、热管理有关。第39页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一2. LED的光通量仅分布在2空间(半空间)的问题 1)LED的灯具做在芯片中去了第40页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一2)与传统灯具的效率比较第41页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一特别节能的几种灯具: (1)下射筒灯 (2)线槽灯橱柜灯 (3)球泡灯第42页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一3)光通量测量上的问题 积分球测量法: 应该使用的测量形式第43页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一积分球测量光通原则:1.积分球内面

7、积与被测物的面积2.使用标准光通量灯做校正,较正内容视测试方法而异: 1)光通直接比对:需要发光形式相同配光近似的标准灯(积分法测量),用两者光通量和接收的信号之比值求得; 2)从光通标准灯的光谱和光通量确定被测光谱的绝对分布后计算得到光通量(分光法测量).第44页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一积分法测量 用标准光源替代一次测量第45页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一分光法测量-计算过程 第一步:用标准光通灯定标; 第二步:测量被测光源.第46页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一积分球原理 达到平衡后,光源光通,积分球上照

8、度E,积分球面积S和表面吸收系数有下关系: =(E0+E1+E2+E3)S 即: =E4r2(1-) E= / 4r2(1-)在点光源时, =4I0.代入有: E= I0 / r2 (1-)而第一次照度E0= I0 / r2 ,最后的照度比第一次增大了:1/(1-)倍.在=0.9,1/(1- )=10. =0.98时,E=50 E0.第47页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一看LED在积分球内测量的问题 1.内壁肮上下半球肮脏带来的问题 2.灯具配光形式不同带来的问题第48页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一积分球内脏的分析: 设定半球反射率1,另半

9、球2,最后的有: =(E0+E1+E2+E3)S1/2+ S 2/2 =ES(2-1- 2)/2 E=2/S(2-1- 2)=24Io/4r2(2-1- 2) =2Io/r2(2-1- 2)与原来都是1的相比: E/E=2Io/ r2(2-1- 2) / I0 / r2 (1-1) =2 (1-1)/(2-1- 2) 若1=0.98, 2=0.95 , E/E=4/7=0.57;若1=0.98, 2=0.90 , E/E=1/3=0.33. 影响很大.第49页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一准确测量需要的形式: 考虑球内的不均匀性后: 1)基准与被测配光光谱相同 2)基

10、准与被测置于球侧.第50页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一LED基准器的说明: 相同配光, 相同光谱, 光强最好在相似的数量级, 热稳定性好(Peltier效应,半导体致冷). 第51页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一半导体致冷(帕而贴效应)的说明第52页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一3. LED的光强很小 一般的LED光强仅几百mcd,或大功率的也仅几个cd. 100 mcd在0.5m测量也仅0.4lx. 一般照度计述的范围:0.01-3X105lx. 计量范围(受标准灯的限制):40-3000lx. 需要在小数值和大

11、数值之间的线性和准确度.注意! 例如上述照度计在1.5X10-1- 3X105lx之间的不确定度Urel=1.4%(K=3).第53页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一LED太小,所以CIE规定了测量光强的办法:测量标准条件: 光度计有效接受面积:100mm2; 直径11.283mm,近似11.3mm.原因: 1) LED太小,配光变化多,必须规范; 2) 规定元件的比较条件,利于比较和表述;第54页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一远场条件(CIE标准条件A):L=316mm,接受面对LED顶的张角0.001sr,相应平面角2.测得的平均光强符号:

12、ILEDA.近场条件(CIE标准条件B) :L=100mm,接受面对LED顶的张角0.01sr,相应平面角6.5.测得的平均光强符号:ILEDB.第55页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一LED都装在透镜内.看光路: 必须规定接受器的大小和它离接受器的距离.第56页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一近场和远场的图示: 聚光光束(光强大):A (远场)条件; 散光光束(光强变小):B(近场)条件.第57页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一4. LED的亮度很高 请看CREE的数据：第58页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一利用光通量和光强分布求得I0的数值： =I0f() I0= /f()2(cos i-cos i+1) LED的芯片的面积S见下： S=1.71.7=2.9mm2. L=I0/2.9mm2 106cd/m2.第59页，共63页，2022年，5月20日，17点29分，星期一三.绝对光度法与相对光度法的比较 1.绝对光度法第60页，共63页，2022年，5月2