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光学基础知识

 


                                                         

  1967年法国第十三届国际计量大会规定了以坎德拉、坎德拉/平方米、流明、勒克斯分别作为发光强度、光亮度、光通量和光照度等的单位,为统一工程技术中使用的光学度量单位有重要意义。为了解和使用便利,以下将有关知识做一简单介绍:


名称

     单位 符号
 定义
光强度

      cd  

    坎德拉

   (Candela)


I = F/Ω
光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。
光亮度
     cd/m²

  表示发光面明亮程度的,指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比。

   


光通量

   lm

   流明

   (Lumen)


                F

  单位时间里通过某一面积的光能,称为通过这一面积的辐射能通量。

  绝对黑体在铂的凝固温度下,从5.305*10³cm²面积上辐射出来的光通量为1lm。

  为表明光强和光通量的关系,发光强度为1cd的点光源在单位立体角(1球面度)内发出的光通量为1lm。


光照度

   lx

   勒克斯

   (Lux)



  被光均匀照射的物体,距离该光源1米处,在1m²面积上得到的光通量是1lm时,它的照度是1lux。

  习称“烛光米”。


  

  

  在每平方米101325牛顿的标准大气压下,面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”(即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体),在纯铂(Pt)凝固温度(约2042K获1769℃)时,沿垂直方向的发光强度为1 坎德拉。并且,烛光、国际烛光、坎德拉 三个概念是有区别的,不宜等同。从数量上看,60 坎德拉等于58.8国际烛光,亥夫纳灯的1烛光等于0.885国际烛光或0.919坎德拉。   1. 烛光、国际烛光、坎德拉(candela)的定义

  2. 发强度与光亮度

  发光强度简称光强,国际单位是candela(坎德拉)简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时,则光强为I=F/Ω,Ω为立体角,单位为球面度(sr),F为光通量,单位是流明,对于点光源由I=F/4 。光亮度是表示发光面明亮程度的,指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比,单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面,尽管各个方向的光强和光通量不同,但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面,所以从各个方向上观看图像,都有相同的亮度感。

  以下是部分光源的亮度值:单位cd/m²

  太阳:1.5*10 ;日光灯:(5—10)*10³;月光(满月):2.5*10³;黑白电视机荧光屏:120左右;彩色电视机荧光屏:80左右。

  3. 光通量与流明

  光源所发出的光能是向所有方向辐射的,对于在单位时间里通过某一面积的光能,称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同,眼睛对各色光的敏感度也有所不同,即使各色光的辐射能通量相等,在视觉上并不能产生相同的明亮程度,在各色光中,黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如果用绿色光作水准,令它的光通量等于辐射能通量,则对其它色光来说,激起明亮感觉的本领比绿色光为小,光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明,是英文lumen的音译,简写为lm。绝对黑体在铂的凝固温度下,从5.305*10³cm²面积上辐射出来的光通量为1lm。为表明光强和光通量的关系,发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角(1球面度)内发出的光通量为1流明。一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。

  4. 光照度与勒克斯

  光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯,是英文lux的音译,也可写为lx。被光均匀照射的物体,在1平方米面积上得到的光通量是1流明时,它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源,常在光源上附加一个反射装置,使得某些方向能够得到比较多的光通量,以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。

  以下是各种环境照度值:单位lux

  黑夜:0.001—0.02;月夜:0.02—0.3;阴天室内:5—50;阴天室外:50—500;晴天室内:100—1000;夏季中午太阳光下的照度:约为10*9次方;阅读书刊时所需的照度:50—60;家用摄像机标准照度:1400。

  

  漫反射面的亮度计算公式和相关推导如下:

  L=ρE/π
即:
亮度=照度×反射率÷圆周率

  所以:
E=Lπ/ρ

  举例:

  假设你的反射面的反射率为0.7,那么 达到10×10²cd/m² 亮度所需的照度是:

  E=Lπ/ρ=1000×3.14/0.7=4485 Lux

  光强度/坎德拉、光亮度/cd/m²、光通量/流明、光照度/勒克斯

  

  


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