光度学是研究光强弱的学科。不同于辐射度量学,光度学把不同波长的辐射功率用光度函数加权。
人眼与光度学
人眼能相当精确地判断两种颜色的光亮暗感觉是否相同。所以为了确定眼睛的光谱响应,可将各种波长的光引起亮暗感觉所需的辐射通量进行比较。在较明亮环境中人的视觉对波长为555.016nm的绿色光最为敏感。设任意波长为的光和波长为555.016nm的光产生同样亮暗感觉所需的辐射通量分别为和,把后者和前者之比
叫做光度函数(luminosity function)或视见函数(visual sensitivity function)。例如,实验表明,1mW的555.0nm绿光与2.5W的400.0nm紫光引起的亮暗感觉相同。于是在400.0nm的光度函数值为
衡量光通量的大小,要以光度函数为权重把辐射通量折合成对人眼的有效数量。对波长为的光,辐射强度为,光通量为,则有
式中是波长为555.016nm的光功当量,也叫做最大光功当量,其值为683 lm/W。
物理量 | 英文 | 符号 | 计量单位 | 单位符号 | 注释 |
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光通量 | Luminous flux | Φv | 流明 | lm(lm= cd·sr) | 单位时间内由光源所发出或由被照物所吸收的总光能。 |
发光强度(光度) | Luminous intensity | Iv | 坎德拉(坎德拉) | cd(cd= lm/sr) | 光源在给定方向上,每单位立体角内所发出的光通量。 |
亮度(辉度) | Luminance | Lv | 坎德拉每平方米 | cd/m2 | 单位面积光源在给定方向上,在每单位面积内所发出的总光通量。其单位有时也称尼特(nit)。 |
光能(光视效能) | Luminous energy | Qv | 流明·秒 | lm·s | 单位有时被称作"talbot"。 |
照度 | Illuminance | Ev | 勒克斯 | lx(lx= lm/m2= cd·sr/m2) | 物体表面每单位面积所吸收可见光的光通量,用于入射表面的光。 |
光出射度 | Luminous exitance | Mv | 勒克斯 | lx(lx= lm/m2= cd·sr/m2) | 物体表面每单位面积所发出可见光的光通量,用于出射表面的光。 |
曝光量 | luminous exposure | Hv | 勒克斯·秒 | lx·s | 也称作photometric exposure。 |
发光效率/光效 | Luminous efficacy | η | 流明每瓦特 | lm/W= cd·sr/W | 通常指光源光通量与光源输入电功率的比值,有时也指光通量与辐射通量的比值。 |
光源能量利用率 | luminous efficiency | V | 纯数量 | 无单位 | 光源辐射通量与光源输入电功率的比值。 |
非SI的光度学单位
发光强度
烛光(candlepower) = 1 坎德拉
亮度
- 英尺-朗伯(Footlambert) = 1/π 烛光每平方英尺 = 3.426 烛光每平方米
- 朗伯(lambert) = 1/π 烛光每平方厘米
- 毫朗伯(Millilambert)= 1/1000 朗伯
- 熙提(Stilb) = 1 烛光每平方厘米
照度
- 英尺烛光(Foot-candle),字面意义是发光强度为1坎德拉的点光源的1英尺距离处的表面的照度。1 ft-c = 1 lm/ft² = 10.764 lux. 工业上常常采用1 ft-c = 10 lux.
- 辐透或厘米烛光(Phot),相当于"流明每平方厘米"
参考文献
Michael Bass (ed.), Handbook of Optics Volume II - Devices, Measurements and Properties, 2nd Ed., McGraw-Hill 1995, ISBN 978-0-07-047974-6 pages 24–40 through 24-47