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光源光强度怎么测量?光源光强度和光照度什么关系?

什么是光强度?光强度表示的是光源光通量的空间密度,即单位立体角内的光通量,单位为cd(坎德拉),它是光度学中的基本量,而且由发光强度可以导出其他光度量。那么,光源光强度怎么测量?光源光强度和光照度什么关系?本文对光源光强度测量方法及它与光照度的关系做了介绍。

光源光强度

什么是光强度?

发光强度表示光源在给定方向上的单位立体角内发射的光通量。假设光源是一个点光源或光源距离探测器足够远以致光源面积可以忽略不计时,发光强度可以表示为:

发光强度表达式

其中dΩ是点光源在某一方向上所张的立体角,如下图所示。

点光源的发光强度

在LED光强测试中通常用CIE推荐的“平均发光强度”概念,即照射在离LED一定距离处的光探测器上的光通量Φv与由探测器构成的立体角的比值。其中立体角可将探测器的面积S除以测试距离d的平方计算得到,因而有如下计算式:

发光强度计算式

CIE关于近场条件下的LED测试,有两个推荐的标准条件:CIE标准条件A和CIE标准条件B。这两个条件都要求所用的探测器有一个面积为1cm2的圆形入射孔径。主要区别在于LED顶端到探测器的距离,立体角和平面角(全角)的不同。


光强度的单位是什么?

光强度的单位为坎德拉cd(candela):一个光源发出频率为540×1012赫兹的单色辐射时(折合波长为λ=c/v=555.5nm),若在一定方向上的辐射强度为1/683瓦特每球面度(W/sr),则此光源在该方向上的发光强度为1cd(坎德拉为1979年10月16届国际计量大会制订)。

1881年国际电工技术委员会定义:1/6英磅鲸脑油制成之蜡烛(07/8"),以120格令/小时(gr/h中gr为1粒麦粒重、1磅=7000gr)的速度燃烧时,沿水平方向的发光强度为1烛光。


光源发光强度的测量原理:

发光强度是物理学中重要的研究参数之一,如下图所示,其定义为光源在某一规定空间方向上的立体角dΩ所对应面元dA具有的光通量dΦ与此空间所规定立体角的比值。图中S表示辐射光源,n表示的是对应面元dA的法线方向,它与S在此空间的辐射方向存在一角度为θ,R表示S距其辐射方向与dA交点的长度。发光强度可用公式表示为:I=dΦ/dΩ。

发光强度的定义

照度是用来描述某一接受面照明程度大小的物理量,其定义为:

照度的定义

立体角可表示为dΩ=dA/R2,由式I=dΦ/dΩ有:

发光强度计算公式

把上面照度计算式代入发光强度计算式,可得:

照度计算式

由照度计算时E=I/R2可变形为下式,下式被广泛用来测量光源的发光强度。

光源发光强度常用计算式

上式并不适合任何光源发光强度的测量,其测量前提是,光源可以看作为一点光源。例如,LED光源,由于LED不可以认为是一个点光源,而且在测量时仪器测量的照度值为照度计灵敏面上的照度,非面元上均匀的照度值。上式并不适用于LED的发光强度测量,为回避物理学定义,利用上式测量的LED发光强度值称为LED平均发光强度。


光源发光强度和照度的关系:

发光强度和照度之间存在一定的关系,发光强度是指光源发出的光强,而照度则是指光源发出的光在某一方向上的光强。发光强度是指光强度的大小,而照度则是指光强度的分布。发光强度越大,照度也越大,反之亦然。因此,发光强度和照度之间的关系是相互影响的,一个影响另一个。

此外,发光强度和照度也受到发光物体的形状和大小的影响。发光物体的形状越复杂,发光强度和照度的差异越大;发光物体的大小越大,发光强度和照度也越大。

发光强度和照度之间存在一定的关系,发光强度越大,照度也越大,发光物体的形状和大小也会影响发光强度和照度。


光源其他光学参数介绍:

1.光通量

光通量的定义是计量光源被人眼所观察时呈现的光功率,光通量的单位为lm(流明)。其表达式:

光通量的表达式

其中Фv(λ)为光通量,Фe(λ)为辐射通量,V(λ)为视觉函数,Km=683lm/W。

2.发光效率

光源的发光效率:CIE(国际照明委员会)定义光源发出的光通量与耗费电功率之比值称之为该光源的发光效率。公式如下:

光源的发光效率

3.光照度

光照度的定义是单位面元上光源照射的光通量,其单位为lx(勒克斯)。其表达式为:

光照度的表达式

对于点光源,若在某一方向上的发光强度为I,那么在该方向上离开光源的距离为r处的照度E=I/r2,即照度与离开光源的距离平方成反比。

4.光亮度

光亮度的定义是光源在垂直其辐射传输方向上单位面积单位立体角内发出的光通量,其单位为cd/m2。其表达式为:

光亮度的表达式

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