光度法 Photometry

2022-11-01 09:18:46 浏览:464

定义

测量与人眼感知亮度有关的光的特性的科学技术。

光度法是量化和测量与人眼感知亮度相关的光的特性的科学和技术。 因此,它只处理可见光,不处理红外和紫外线,并考虑了人眼的光谱灵敏度。

请注意,术语亮度应仅用作感知亮度的定性指示,而不是可测量的量(尽管它经常用于代替辐射或亮度)。

人眼的波长依赖性灵敏度

人眼的波长依赖性灵敏度在光度测量中起着至关重要的作用。 许多光度量是通过将辐射量与加权因子(光度函数)相乘或积分来获得的。 在这里,需要区分两种不同的情况:

  • 当人眼从被照物体接收到足够强的光时(至少有几个cd / m2),它基本上使用其视锥细胞,允许颜色感知(明视视觉)。 眼睛有三种不同类型的视锥细胞(S,M和L),具有不同的光谱灵敏度。 为了估计整体感知亮度,可以使用CIE明光度函数y(λ)(或V(λ)):

图1:根据CIE的明视响应函数。 数据来源:伦敦大学学院色彩与视觉研究实验室,发光效率函数页面。

  • 在微弱的照明条件下,人眼使用更敏感的视杆细胞(暗视觉)。 这些杆只有一种,因此人们无法用它们感知颜色。 由此产生的视觉印象是灰色的。 感知亮度可以使用CIE暗光度函数进行估计:

图2:根据CIE(1951)的暗位响应函数。数据来源:伦敦大学学院色彩与视觉研究实验室,关于发光效率函数的页面。

请注意,峰值暗位响应在较短的波长处,并且使用杆杆几乎看不到波长为 ≈640 nm 的光。

例如,光源中产生的光通量可以使用明光度函数(即,假设足够高光强度)和光谱辐射通量来计算:

683 lm/W的常量值表示,对于明光度函数为1的≈555 nm(绿色区域)的峰值波长,每瓦光功率获得≈683流明。 683 lm/W 的发光效率将是可以将电能完全转换为 555 nm 光的光源的发光效率。 实际光源远低于该极限值;例如,白光发光二极管(LED)通常在150 lm/W和200 lm/W之间;白光的理论极限约为 300 lm/W,其中必然包含红光和蓝光,眼睛对此不太敏感。

上述两种亮度函数都适用于典型的健康人眼。 在实践中,存在某些变化,例如,由于镜头老化,灵敏度主要在短波长部分降低。 有些人表现出与规范的严重偏差,例如以色盲的形式。 对于它们,标准的亮度函数不适用。

光度量

光度量的范围很广,其中大多数与辐射量直接相关:

数量 象征 单位 备注 相关辐射量
发光能量 Qv lumen second (lm s) 量化光脉冲的视觉印象,例如 辐射能
光通量 Φv lumen (lm) 单位时间内的发光能量,例如光源发出的发光能量 辐射通量
发光强度 Iv candela (cd = lm/sr) 每单位立体角的光通量 辐射强度
亮度 Lv candela per square meter (cd/m2 = lm sr−1 m−2) 单位立体角和单位投影面积的光通量 光芒
照度 Ev lux (lx) (= lm/m2) 光通量入射到表面上,例如办公桌 辐射
发光退出 Mv lux (lx) (= lm/m2) 从表面发射的光通量 辐射出口
发光曝光 Hv lux second (lx s) 时间积分照度 辐射曝光
发光效率 η lumen per watt (lm/W) 灯的每瓦光功率或每瓦消耗的电力的光通量  
发光效率 V   相对于给定光谱的最大可能值的发光效率  

其中许多量的下标“v”表明它们指的是视觉而不是辐射测量中的物理能量(“e”)。

其中一些术语经常被混淆。 例如,经常使用发光效率代替发光效率;这通常可以很容易地从使用的单元中识别出来。

光度学中也有各种光谱量,它们描述了一些量在光学频率或波长上的分布。 例如,光谱光通量是每单位光学频率或波长的光通量。

光度量的测量

对于光度测量,有各种光度计。 特别是,有用于测量照度和总光通量的仪器。 例如,通常可以从测量的照度值计算出进一步的推导量。

光检测和表征

作          者: 泮桥成像光电商城

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