光学基本知识及LED基本知识.pdf

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1、1 光学基础知识及 LED 基本理论 第第一一部分部分 LEDLED 基本理论知识基本理论知识 （一）LED 发光原理 发光二极管是由-族化合物，如 GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体 制成的，其核心是 PN 结。因此它具有一般 P-N 结的 I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外， 在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由 N 区注入 P 区，空穴由 P 区注入 N 区。进入对 方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图 1 所示。 图图 1 1 假设发光是在 P 区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合

2、而发光，或者先被发光中心捕获后， 再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近） 捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的 比例越大， 光量子效率越高。 由于复合是在少子扩散区内发光的， 所以光仅在靠近 PN 结面数m 以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g 有关，即 1240/Eg（mm） 式中 Eg 的单位为电子伏特（e V ）。若能产生可见光（波长在 3 8 0n m 紫光7 8 0n m 红光），半导体材料 的 Eg 应在 3 . 261. 6 3 e

3、V 之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极 管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）L ED 的特性 2 1极限参数的意义 （1）允许功耗 Pm: 允许加于 L ED 两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，L ED 发 热、损坏。 （2 ）最大正向直流电流 IF m：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3 ）最大反向电压 V R m：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4 ）工作环境 t o p m: 发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将 不能正常工作

4、，效率大大降低。 2 电参数的意义 （1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图 2 所示。 图 2 由图可见，该发光管所发之光中某一波长0 的光强最大，该波长为峰值波长。 （2 ）发光强度 IV ：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发 光强度。若在该方向上辐射强度为（1/6 8 3）W /sr 时，则发光 1 坎德拉（符号为 c d ）。由于一般 L ED 的发 光二强度小，所以发光强度常用坎德拉( mc d ) 作单位。 （3 ）光谱半宽度: 它表示发光管的光谱纯度. 是指图 3 中 1/2 峰值光强所对应两波长之间隔.

5、（4 ）半值角1/2 和视角：1/2 是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹 角。 半值角的 2 倍为视角（或称半功率角）。 3 图 3 给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO 的坐标为相对发光强 度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为 1，离开法线方向的角度 越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。 （5 ）正向工作电流 If ：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择 IF 在 0. 6IF m 以下。 （6 ）正向工作电压 V F ：参数表中给出的工作电压是在给定的正

6、向电流下得到的。一般是在 IF = 20mA 时测得的。发光二极管正向工作电压 V F 在 1. 4 3 V 。在外界温度升高时，V F 将下降。 （7 ）V -I 特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图 4 表示。 在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压 迅速增加，发光。由 V -I 曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反 向漏电流 IR 10 A 以下。 4 （三）L ED 的优点与缺点 LED 的优点： 1.电压：LED 使用低压电源，供电电压在 6-24V 之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高

7、压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 2.效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少 80%。 3.适用性：很小，每个单元 LED 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适 合于易变的环境。 4.稳定性：10 万小时，光衰为初始的 50%。 5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级。 6.对环境污染：无有害金属汞。 7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实 现红黄绿兰橙多色 发光。如小电流时为红色的 LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后 为绿色。 8.价格：LED 的价格比较昂

8、贵，较之于白炽灯，几只 LED 的价格就可以与一只白炽灯的价格相当， 而通常每组信号灯需由上 300500 只二极管构成 LED 的缺点： 1、每瓦的流明成本高. 2、光效还没有荧光灯或 HID 高. 3、需要驱动器驱动(不如白灯简单) 家用照明灯发光效率和平均寿命的比较 : （四）LED 的基本结构、及分类 1、L ED 的结构 5 L ED 的封装结构如下图： 2 、L ED 的分类 2. 1 、按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有 的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。 根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是

9、无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透 明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 2. 2按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径 分为2mm 、4. 4mm、5 mm、8 mm、10mm 及20mm 等。国外通常把3 mm 的发光二极管记作 T -1；把 5 mm 的记作 T -1（3 /4）；把4. 4mm 的记作 T -1（1/4）。 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类： （1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射

10、剂。半值角为 5 20 或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。 （2 ）标准型。通常作指示灯用，其半值角为 2045。 （3 ）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为 459 0 或更大，散射剂的量较大。 2. 3按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。 2. 4按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的 L ED（发光强度 100mc d） ； 把发光强度在 10 100mc d间的叫高亮度发光二极管。 一般 L ED 的工作电流在十几 mA 至几十 mA，而低电流

11、 L ED 的工作电流在 2mA 以下（亮度与普通发光管 相同） 除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。 6 第第二二部分部分 照明相关的光照明相关的光学学常识常识 一、光与电磁波： 光是一种电磁波，它具有电磁波的特性。光波在整个电磁波谱中只站很小的一部分（见图 1. 1） 。速度 为：3 0 10000 k m/s，波长为 7 8 0 3 8 0n m （纳米） 。1 纳米= 10 的-9 次方米 太阳光：波长是 7 8 0 3 8 0n m ，纯白色。 白炽灯：波长为 7 8 0 400n m，缺少紫光，故合成后光色略偏红黄。 荧光灯：波长为 7 5 0 3 10n m

12、，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。 图 1. 1 电磁波频谱图 常用 3 8 0 7 8 0n m 表示可见光的范围 二、几何光学 紫外线可见光红外线 射线射线电视、广播 7 三、照明相关的光学单位及术语： （一）光的基本单位 8 1、光通量-光源发射并被人的眼睛接收的能量之和即为光通量。单位：流明（l m）, 符号 , 。一 般情况下，同类型的灯的功率越高，光通量也越大。 （说明 发光体每秒种所发出的光量之总和，即光通量） 2 、光强-一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。光源在某一特定方向角内发射 的光通量就叫做光强。单位：坎德拉（c d ） 。 （说明 发光体在特定方向

13、单位立体角内所发射的光通量） 9 3 、 照度-单位被照面上接收到的光通量称为照度。 如果每平方米被照面上接收到的光通量为 1 （l m） ， 则照度为 1( l x ) 。单位：勒克斯（l x ） 。1 勒克斯（l x ）相当于每平方米被照面上光通量为 1 流明（l m）时 的照度。夏季阳光强烈的中午地面照度约 5 000 l x，冬天晴天时地面照度约 2000 l x，晴朗的月夜地面照 度约 0. 2 l x。 （说明发光体照射在被照物体单位面积上的光通量） 10 4 、亮度-亮度是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。单位：坎德拉/ 平方米（c d /m2） 。 （说明 发光体在特定

14、方向单位立体角单位面积内的光通量） 11 （二）术语 1、绿色照明-通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明器产品，最终达 到高效、舒适、安全、经济、有益于环境和改善人们身心健康并体现现代化文明的照明系统。 2 、节能灯-指消耗较少的电能而达到较高的光照效果的照明产品，如荧光灯、环型灯、直管型荧光 灯、紧凑型荧光灯、L ED 灯等。 3 、光通维持率-灯在规定的条件下燃点，灯在寿命期间内一特定时间的光通量与该灯的初始光通量 之比，以百分数来表示。 国标要求：2000h不小于 7 8 % 。 国外先进水平：2000h不小于 9 0%。 美国能源之星：40%额定寿命时不小于 8

15、 0%。 国内水平：注重质量的企业，并采用保护膜工艺，基本都能达到国标。 4 、功率因数-交流电路中电压有效值与电流有效值的乘积为视在功率，而有功功率只是其中的一 部分。功率因数是灯管的有功功率与视在功率之比。 功率因数低，则电流中的谐波含量越高，对电网产生污染，破坏电网的平衡度，无功损耗增加 5 、显色指数-衡量光源显现实照物体真实颜色能力的参数。显色指数（0 -100）高的光源对颜色的 再现越接近自然原色。显色指数低导致颜色失真。以下是常用灯种的显色指数： 白炽灯： 9 5 管型荧光灯：6 5 -8 0 三基色稀土荧光灯：8 0 左右 高压钠灯： 25-6 0 金卤灯： 7 0 -9 0

16、12 6 、显色性：光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度，是通过与同色温的参 考或基准光源（太阳光）下物体外观颜色的比较。显色性高的光源对颜色的表现较好，我们所看到的颜色 也就较接近自然原色，显色性低的光源对颜色的表现较差，我们所看到的颜色偏差也较大。 显色分两种： 1、忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数( R a) 高的光源，其数值接近 100，显色性 最好。 2 、效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。 采用低色温光源照射，能使红色更鲜艳； 采用中色温光源照射，使蓝色具有清凉感； 采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。

17、 光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色光波混合而成， 影响所及，对各个颜色的显色性亦大不相同。二相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光 源较有可能提供较佳的显色品质。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色 产生明显的色差( c o l o r sh i f t ) 。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。显色指数系数仍为目前定义 光源显色性评价的普遍方法。为何会有显色性高低之情形发生？其关键在该光线之 分光特性 ，可见光之 波长在 3 8 0n m 至 7 6 0n m 之范围内，也就是我们在光谱中，见到的红、橙、黄、绿

18、、蓝、靛、紫的范围，如 果光源所放射的光之中所含的各色光的比例和自然光相近，则我们眼睛所看到的颜色也较为逼真。再好的 装璜、摆设、艺术品、衣服等也会因选择不对的光源而失色。显色指数（0 -100）高的光源对颜高的光源 对颜色的再现越接近自然原色。显色指数低导致颜色失真。以下是常用灯种的显色指数： 灯的种类 演色性 R a 灯的种类 显色性 R a 白炽灯 100 金卤灯 6 5 -9 3 卤坞灯 100 荧光灯 5 1-9 5 13 高压纳灯 42-5 2 高压汞灯 25-6 0 节能灯 8 5 低压钠灯 25 指数( R a) 等级 显色性 一般应用 9 0 -100 1A 优良 需要色彩精

19、确对比 的场所 8 0 -8 9 1B 需要色彩正确判断 的场所 6 0 -7 9 2 普通 需要中等显色性的 场所 40-5 9 3 对显色性的要求较 低， 色差较小的场所 20-3 9 4 较差 对显色性无具体要 求的场所 7 、光效-光源将电能转化为可见光的效率，即光源消耗每一瓦电能所发出的光，数值越高表示光源 的效率越高。从经济（能效）方面考虑，光效是一个重要的参数。单位：流明/ 瓦（l m/w） 。 （说明 电光源 将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示） 白炽灯：8 -14l m/W 单端荧光灯：5 5 -8 0 l m/W 高压钠灯：8 0 -140 l m/W 自

20、镇流荧光灯：5 0 -7 0 l m/W 金卤灯：6 0 -9 0 l m/W 卤钨灯： 15 -20 l m/W 8 、平均寿命-是指灯的光通维持率达到国家标准规定的要求并能继续燃点至 5 0%的灯达到单只灯 寿命时的累计时间（即 5 0%的灯失效时的寿命） 。 （说明 指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数） 9 、 光色-光色实际上就是色温。 大致分为三类 ： 暖色 5 000K 。 由于光中光谱的组成有差别, 因此即使光色相同, 灯的显色性也有可能不同。 10 、色容差: -线光谱较强的气体放电灯发出光的颜色都可视为红、绿、蓝三种单色光按一定比例 混合而成。为了评价颜色光的色度差异

21、，引入了色度坐标的表示法，即为 C IE 公布的色度图。 11、经济寿命: -在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至一特定 14 的小时数。单位小时。此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。 （说明 在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至一特定的小时数。此比 例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。 ） 12 、色温：-当光源所发出的光的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时， “黑体的温度 就称为该光源的色温。 “黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成分则越多，而红色的成分则越少。例

22、如：白 炽灯的光色是暖白色，其色温为 27 00K左右，而日光色荧光灯的色温则是 6 400K左右。单位：开尔文（K ） 。 白炽灯的色温一般在 27 00K左右、日光灯的色温在 27 00-6 400K左右、钠灯的色温在 2000K左右 三、照明质量 1、眩光： 是由环境内亮度极高的物体或强烈的亮度引起的。眩光分为直射眩光和反射眩光。直射眩光是由光源 发出的光线直接射到人眼所造成的。眩光引起视觉不舒适的原因有： . 高度的刺激使瞳孔缩小； . 由于角膜或晶体等眼内组织产生光散射，在眼内形成光幕； . 视幕受高亮度的刺激，使适应状态破坏。 直射眩光的强弱与光源有关，以下情况眩光最显著： . 光

23、源周围暗，眼睛适应越暗，眩光越显著。 . 光源亮度越高，眩光越显著。 . 光源越接近视线，眩光越显著。 . 光源的表面积越大，光源数目越多，眩光越显著。 一般亮度超过 16 0000c d /就有不舒适的眩光产生。避免方法： 控制光源的光线投射方向，使光源不能直接射向人眼，这就要求灯具（或灯罩）具有一定的保护角。 如图或表（Y 最大取值 8 5 度）在观察区内要求亮度足够低，就可以通过改变灯具的反光杯或增加安装高度 来解决。 有的灯具用透明格栅式或半透明罩来遮住光源，由于发光面积增大而使每个发光的亮度降低，光线就 变得柔和而不刺眼。 15 2 、照度分布与亮度分布的要求 a、照度的均匀性 工作

24、面上的照度分布要求均匀，为使工作面照度处于比较均匀的状态，C IE 要求做到: 1、局部照明和一般照明共用时，工作面上一般照度值宜为总照度值的 1/3-1/5，且不宜低于 5 0L X , 局部工作面的照度值最好不要大于平均值的 25 %。 2 、一般照明中的最小照度值与平均照度之比规定在 0. 7 以上。 b 、照度的稳定性 c 、消除频闪效应 3 、光色 16 光源色温不同，光色也不同，色温在 3 3 00K以下有稳重的气氛，温暖的感觉；色温在 3 000-5 000K为 中间色温，有爽快的感觉；色温在 5 000K以上有冷的感觉。不同光源的不同光色组成最佳环境，色温光色 气氛效果 5 0

25、00K 清凉( 带蓝的白色) 冷的气氛 3 3 00-5 000K 中间( 白) 爽快的气氛 3 3 00K 温暖( 带红的白色) 稳重的气氛 a. 色温与亮度 高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低色温光源照射下，亮 度过高会给人们有一种闷热感觉。 b . 光色的对比在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时， 在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。 因为大部分光源所发出的光皆通称为白光，故光源的色表温度或相关色温度即用以指称其光色相对白 的程度，以量化光源的光色表现。根据 M ax Pl an c k 的理论，将一具完全吸收与放射能力的标

26、准黑体加热， 温度逐渐升高光度亦随之改变；C IE色座标上的黑体曲线（B l ac k b o d y l o c u s）显示黑体由红-橙红-黄 -黄白-白-蓝白的过程。 黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温度， 定义为该光源的相关色温度， 称色温，以绝对温 K （K e l v i n ，或称开氏温度）为单位（K = + 27 3 . 15） 。因此，黑体加热至呈红色时温度 约 5 27即 8 00K，其他温度影响光色变化。 光色愈偏蓝，色温愈高；偏红则色温愈低。一天当中画光的光色亦随时间变化：日出后 40 分钟光色 较黄，色温 3 , 000K；正午阳光雪白，上升至 4, 8 00-

27、5 , 8 00K，阴天正午时分则约 6 , 5 00K；日落前光色偏红， 色温又降至纸 2, 200K。其他光源的相关色温度。 因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜 色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅冯色温无法了解光源对物体的显 色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。 不同光源环境的相关色温度 光源 色温 北方晴空 8 000-8 5 00k 阴天 6 5 00-7 5 0 0k 夏日正午阳光 5 5 00k 金属卤化物灯 4000-46 00k 17 下午日光 4000k 冷色营光灯 4000-5 000k

28、 高压汞灯 3 45 0-3 7 5 0k 暖色营光灯 25 00-3 000k 卤素灯 3 000k 钨丝灯 27 00k 高压钠灯 19 5 0 -225 0k 蜡烛光 2000k 光源色温不同，光色也不同，色温在 3 3 00K以下有稳重的气氛，温暖的感觉；色温在 3 000-5 000K为 中间色温，有爽快的感觉；色温在 5 000K以上有冷的感觉。不同光源的不同光色组成最佳环境如表： 色温 光色 气氛效果 5 000K 清凉( 带蓝的白色) 冷的气氛 3 3 00-5 000K 中间( 白) 爽快的气氛 18 第第三三部分部分辐射度学、光度学基础辐射度学、光度学基础 3 . 1 引言

29、 3 . 2 立体角定义 3 . 3 辐射度学中的基本量 3 . 4 人眼的视见函数 3 . 5 光度学中的基本量 3 . 6 光照度公式与朗伯余弦定律 3 . 1 辐射度学、光度学的发展 辐射度学、光度学的研究始于 18 世纪。17 6 0 年 L amb e r 提出了光度学的基本定律，如照明可加性定律，照 度的平方反比定律，余弦定律等。 辐射度学、光度学、色度学（简称三度学）的发展与照明光源的发展密切相关。近年来，以 L ED 为代表的 新光源开发利用，使得三度学得到了迅速的发展。 3 . 2 立体角平面几何中，整个平面以一点为中心分为 3 6 0 或 2 弧度。发光体都是在一定空间内辐

30、射能 量。以空间某一点为中心，划分为若干立体角。立体角定义：任意形状的封闭锥面所包含的空间称为立体 角，用表示。 3 . 2 立体角 平面角计算公式：弧度= 弧长/ 半径 立体角计算公式：封闭锥面在球面上截处的面积 A 除以半径平方。 立体角单位：球面度( sr ) 整个球面面积为 4 r ，则整个空间对应立体角为球面度。整个空间也被称为 4 空间。 = A/ r 2 3 . 3 辐射度学 辐射度学( R ad i o me t r y ) 是一门研究电磁辐射能测量的科学。 辐射度学适用于整个电磁波谱， 主要用于 X 光、 紫外光、红外光以及其它非可见的电磁辐射。研究范围包括辐射能的基本概念、

31、辐射能的传输、变换以及 仪器的辐射度学校准或标定。 辐射度学量表示辐射能的大小，基本量是辐射功率或辐射通量，单位是瓦特( W ) 。 辐射通量( r ad i at i o n f l u x ) e 定义：单位时间内的辐射能量，表征辐射体辐射能力的强弱，也称辐射功率。 例：太阳对地面辐射。 符号：e 单位：瓦 特 ( W ) 辐射强度 Ie 用来表示辐射体在不同方向上的辐射分布。 定义：点辐射源在某一方向微元立体角 d 内发出的 辐通量为 d ，则辐射强度 I 为： 单位：瓦每球面度( W /sr ) 辐射照度 Ee 如果某一表面被其它辐射源照射，为了表示 A 点附近被照射的强弱，在 A 点

32、周围取微小面元 d S ，若其接受的辐射通量为 d ， 19 则 A 点辐照度为：Ee 单位为瓦每平方米( W /m )。 辐射度学中的基本量 辐射通量 辐射强度 辐射照度 符号 e Ie Ee 单位 W W /sr W /m2 3 . 4 人眼的视见函数( V i si b i l i t y f u n c t i o n ) 1. 人眼对不同波长光辐射的敏感程度是否相同？ 2. 光辐射引起人眼视觉刺激的强弱，不仅与辐射强度大小有关，还与辐射的波长有关。 3 . 可见光范围内，人眼对不同波长光的视觉敏感度不同。 4. 对黄绿光( 5 5 5 n m) 最敏感，对红光和紫光最差，对可见光以外

33、的红外紫外光无视觉反映。 5 . 为了表示人眼对不同波长光辐射敏感度的差别， 定义了“视见函数”V ( ) 。 6 . 把波长 5 5 5 n m 视见函数定义为 1，即 V ( 5 5 5 ) = 1。 7 . 国际照明委员会( C IE)在大量测量基础上，规定了视见函数标准。 紫 蓝 绿 黄 橙 红 红 400 47 0 5 10 5 8 0 6 20 7 00 7 6 0 0. 0004 0. 09 1 0. 5 03 0. 8 7 0. 3 8 1 0. 0041 0. 00006 3 . 5 光度学中的基本量 1. 光度学研究范畴：使人眼产生总的目视刺激的度量。 2. 光度学除了包括

34、光辐射能的客观度量外，还应考虑人眼视觉的生理和感觉印象等心理因素。 3 . 不能仅仅局限在“物理量的度量” ，人眼的生理、心理因素常常对光度测量有着很大的影响。 光通量( L u mi n o u s f l u x ) 定义: 按人眼产生的视觉强度来度量的辐射通量。 符号： 单位：流明( l m) 发光强度( L u mi n o u s i n t e n si t y ) 发光强度是光度学中最基本的物理量。是国际七个基 本单位之一。表 示发光体在不同方向上的发光特性，与辐射度学中的辐射强度相对应。关系为： 20 发光强度( L u mi n o u s i n t e n si t y

35、) 由上式可见，方向的光亮度 L 是投影方向的单位面积上的发光强度。 21 人眼从一个方向观察光源，在这个方向上的光强与人眼所“见到”的光源面积之比，定义为该光源 单位的亮度，即单位投影面积上的发光强度。 亮度的单位是坎德拉每平方米( c d /m )。 显示器亮度超过 100c d /m 会引起视觉疲劳。 亮度超过 3 00c d /m 会造成视觉伤害。 常见发光体表面光亮度值 光照度 Illuminance 常见照度值 被 照 表 面 照 度( l x ) 无月夜间在地面上生产的照度 3 10 -4 满月在天定时对地面产生的照度 0. 2 辨认方向所需要的照度 1 办公室工作所必需的照度

36、20 100 晴朗夏日采光良好时室内照度 100 5 00 太阳直射的照度 105 光度学中的基本量 光通量 光强度 光照度 光亮度 符号 I E L 单位 l m c d ( l m/sr ) l x ( l m/m ) c d /m 3 . 6 光度学基本定律 1. 平方反比定律 2. 发光强度余弦定律 22 平方反比定律(The Inverse Square Law) 23 发光强度余弦定律( 朗伯余弦定律) 大多数均匀发光物体，无论表面形状如何，在各方向上光亮度都近似一致。例如，太阳是一个圆球， 但观察太阳表面上中心和边缘都一样亮，和均匀发光的一个圆形平面相同，这说明太阳表面各方向的光亮 度是一样的。 朗伯辐射体: 符合朗伯余弦定律的发光体称为朗伯发光体。