什么是光源?所谓光源是指由能量的转换而能发光的表面或物体。根据光源发光性质的不同,光源可分为人造光源和自然光源两种,前者如白炽灯,后者如太阳光。对于人造光源,评定其性能好坏的指标有很多,其中包括光度学指标和色度学指标。那么,人造光源的光度学性能指标有哪些?下文将为大家进行解答。
光源是指由能量的转换而能发光的表面或物体。光源分为电光源和自然光源。电光源即热辐射光源或气体放电光源,它是把电能转换成光能的器件。白炽灯就是常见的热辐射光源;高压汞灯是常见的气体放电光源;LED则属于特种光源,它是场致发光光源。自然光即自然界发出的光源,如太阳光,闪电等。
1.光通量
光通量是光源在单位时间内发出的光的总量。它表示光源的辐射能量引发人眼产生的视觉强度。根据辐射对标准光度观察者的作用导出的光度量,对于明视觉有:
式中:dΦe(λ)/dλ——辐射通量的光谱分布;
V(λ)——光谱光(视)效率:
Km——辐射的光谱(视)效能的最大值,单位为流明/瓦(lm/W),在单色辐射时,明视觉条件下的Km值为683lm/W。
光通量的物理符号为Ф,单位为(lm),1lm=lcd*sr。
在国际单位制和我国规定的计量单位中,流明是一个导出单位。1lm是发光强度1cd的均匀点光源在1sr立体角内发出的光通量。
2.发光强度
发光体在给定方向上的发光强度是该发光体在该方向上的立体角元dΩ内传输的光通量dΦ除以该立体角之商。即单位立体角的光通量,其表达式是:I=dΦ/dΩ。
发光强度的符号为I,其单位名称是坎德拉,单位符号为cd。坎德拉在过去称为国际烛光,简称烛光。
发光强度是表征光源发光能力大小的物理量,亦即是表示光源向空间某一方向辐射的光通密度。在数量上1坎德拉等于1流明每球面度。
如果在有限立体角Ω内传输的光通量Φ是均匀分布的,式I=dΦ/dΩ可写成:I=Φ/Ω。式中Ω为立体角。以任一锥体顶点O为球心,任意长度r为半径作一球面,被锥体截取的一部分球面面积为S,则此锥体限定的立体角Ω为:Ω=S/r2。
立体角的单位是球面度(符号为sr)。当S=r2时,Ω=1sr。因为球表面积为4πr2,所以立体角的最大数值为4π球面度。
坎德拉是我国法定单位制与国际单位制的基本单位之一,其他光度量单位都是由坎德拉导出的。
3.发光效率
发光效率是照明工程中常用的概念。不同的电光源消耗相同的电能,其辐射出的光通量也并不相同,即不同的电光源具有不同的光电转换效率。电光源所发出的光通量Φ与其消耗的电功率P的比值称为该点光源的发光效率。由定义可以得出发光效率公式为:η=Φ/P。发光效率η的单位是流明/瓦(lm/W)。
4.配光曲线
对于各向异性的光源,其发光强度随方向的改变而改变。在灯具设计上为了形象化,通常对这样的光源用曲线来表示它在不同方向上的发光强度。若自原点向各径向取矢量,矢量的长度与该方向的发光强度成正比,将各矢量的端点连起来,就得到了光源的发光强度随方向改变的所谓发光强度曲线,即配光曲线。
5.照度
表面上一点的照度用E表示,它是指射入在包含该点的面元上的光通量dФ除以该面元面积dA所得之商,即:E=dФ/dA。
简言之,照度是表示受照物体表面每单位面积上接收到的光通量,如果受照表面均匀受光,即受照表面上的照度处处相等,则受照表面所接受的光通量为E=Φ/A。
照度的物理量符号是E,单位是勒克斯,其符号为lx。1lx等于1lm的光通量均匀分布在1m2表面上所产生的照度,即1lx=1lm/m2。
6.亮度
光源或受照物体反射的光线进入眼睛,在视网膜上成像,使人们能够识别物体的形状和明暗。视觉上的明暗知觉取决于进入眼睛的光通量在视网膜物向上的密度——物象的照度。
这说明,确定物体的明暗要考虑两个因素:物体(光源或受照体)在指定方向上的投影面积--这决定于物象的大小;物体在该方向上的发光强度--这决定物象上的光通量密度。根据这两个条件,可以建立一个新的光度量——亮度。
亮度是由式dΦ/(dA*cosθ*dΩ)定义的量,即单位投影面积上的光强,其表达式为:
式中:dФ——由给定点的束元传输的并包含给定方向的立体角dΩ内传播的光通量;
dA——包括给定点的辐射束截面积
θ——辐射束截面积与射束方向间的夹角。
亮度的物理符号为L,单位名称为坎[德拉]每平方米,符号为cd/m2。也就是说,光源的亮度是指光源表面延法线方向上每单位面积的光强。在亮,度均匀的条件下,亮度可表示为:L=I/A。
需要注意的是,因为亮度在各方向不同,所以在谈到一点或一个有限表面的亮度时需要指明方向。
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