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光亮度和光照度是一回事吗?光亮度和光照度怎么测?

什么是光亮度?什么是光照度?光亮度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。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)。光亮度和光照度都是表示光能光通量的光学参数,那么光亮度和光照度是一回事吗?光亮度和光照度怎么测?本文为大家作了介绍。

光源照度和亮度

什么是光亮度?

光亮度表示每单位面积上的发光强度,即Lv=dIv/dS。亮度的单位为坎德拉每平方米(cd/m2)。上式中的面积,应理解为一个面在观察方向上的正投影面积。因此,若观察方向与该面的法线夹角为θ时,上式将变为:Lv=dIv/dScosθ。

所以,光源的光亮度可定义为:在表面一点处的面元在给定方向上的发光强度,除以该面元在垂至于给定方向的平面上的正投影面积。

由于Iv=dΦv/dΩ,故有Lv=d2Φv/dΩdScosθ,这个公式是光亮度的较通用的定义式。由该式可知,亮度不仅可用来描述一个发光面,而且还可以用来描述光路中的任意一个截面,如一个透镜的有效面积、一个光阑所截的面积或一个象的面积等。此外,还可以用亮度来描述一束光,光束的亮度等于这个光束所包含的光通量除以这束光的横截面和这束光的立体角。


什么是光照度?

光照度是物体表面被照明程度。或物体单位表面上所得到的光通量。即E=Φ/s。通常当光源大小比其到被照射面的距离r小很多时,被照面的照度E和该面与光源间的距离平方成反比,即服从下列定律:E=Icosα/r2。式中I为发光强度,α为被照面的法线与其中心到光源连线间的夹角。在国际单位制中,照度单位为勒克斯,简称勒,符号为lx。


光亮度和光照度是一回事吗?

通俗地说,亮度是物体表面明亮的程度。对于发光体,亮度表明了它表面发光的本领,主要与它的发光特性有关;对于本身不发光的物体,它的亮度不仅与照亮它的光源的特性有关,还与物体自身的表面特性有关。例如在同样的光线下,反射率小的黑丝绒亮度低,反射率高的白纸亮度高。照度表明物体表面被光源照明的程度,即单位时间内投射到物体单位表面上光能量的多少。因此亮度与照度的第一个重要区别是:亮度与物体自身的表面特性有关。照度仅由光源的特性(强弱、远近、投射角)确定,与被照明物体的表面特性无关。

亮度与照度的第二个区别是方向性。亮度是有方向的量,谈论某点的亮度还必须同时指明测试或观察的方向。例如点亮的手电筒从正面看比斜看亮得多,劣质的黑板在教室的某些位置会产生强烈的反光。照度是无方向的量,物体上某处的照度是周围环境投射到该处所有光线之和,无论光线从何方射来,只要投射到物体上的光能量相同,对照度的影响都相同。


光亮度和光照度测量方法:

1.光源亮度测量方法

一般光源的光亮度不仅与测量方法有关,而且与表面的位置有关。为了测量方便,常在发光面前加一光阑,以测定光阑所限制部分的发光面在水平方向的光亮度。如需要测定发光面其他部分的光亮度,可以改变光阑和探测器的位置。下面介绍一种由光源成像的光照度来确定光源亮度的方法。这种方法可以用于测量不可接近的发光体(如高温发光体)和光照度很低的情况。

光源成像后测量度

如上图所示,若发光面积A1经过透镜D成像为面积A2。发光面及其像与透镜D的距离分别为r1和r2,S为透镜D的面积,τ为透镜的透射比。如果r1和r2比A1和A2的尺寸大很多,则发光面向透镜D发射并透过D的光通量为:

光通量的计算公式

像的照度为:

照度的计算公式01

由透镜的成像关系得:

照度计算公式02

所以亮度为:

亮度计算公式01

2.光源照度测量方法

照度测量是最流行的光度测量形式。一般都用物理照度计,即用光电探测器代替人眼的光电式照度计。

照度计的测量原理较简单,整个探测器所接收的光通量除以探测器的面积,即为所测的照度,即E=Φ/A。

由于光电探测器的光谱灵敏度分布不同于人眼的光谱光视效率V(λ),故一般的照度计在探测器前都装有V(λ)滤光器。一个照度计是由带V(λ)滤光器的光电探测器及电子放大和读数系统所组成。过去广泛采用硒光电池为探测器,这是因为它的光谱灵敏度比其他探测器更接近人眼的光谱光视效率V(λ)的缘故。但由于硅光电元件的灵敏度、稳定性和寿命均较硒光电池为高,故近年来多采用硅光电池或硅光电二极管代替硒光电池作照度计的探测器件。

由于光电探测器所产生的光电流正比于所接收的光通量,测量时须将照度计的光敏表面与被测照度的表面重合,并尽量垂直于光的照射方向。所以读数系统可直接指示出所测的照度值。

一般照度计的测量精度为10%左右,高精度的照度计可达3%~4%。


光亮度和光照度测量仪器:

测试亮度的仪器叫亮度计。对于大多数本身不发光的物体,它的亮度实际是物体表面反射光的强度,因此用于摄影测光的亮度计又称为反射式测光表。测试照度的仪器叫照度计,由于物体表面的照度是由入射光确定的,测定照度就是测量入射光的强度,因此在摄影测光中照度计又称为入射式测光表。测光表是摄影专用的仪器,它们与通用的亮度计或照度计又略有不同:多数测光表用光圈、快门速段显示测量结果,通用的亮度与照度计则用亮度、照度的物理单位(如尼特、勒克斯等)指示测量值。

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