光度學(xué)單位的基礎(chǔ)

1、光度學(xué)單位的基礎(chǔ)第1頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一光是輻射的一種形態(tài),是有能量的 -光能夠做功,燒飯和燒水,轉(zhuǎn)變成熱能; -轉(zhuǎn)變成電的例子,可儲(chǔ)存和輸送.第2頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一光是電磁輻射,是電磁波的一種第3頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一光一定要度量和一定可以度量的. 能量-功率其中:與輻射掛鉤: 輻射能量-輻射功率與眼睛掛鉤: 光能量-光功率一定是視覺細(xì)胞在起作用. 眼睛感覺到的光功率.第4頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一視網(wǎng)膜上的視覺細(xì)胞:眼睛感覺到的光功率-要經(jīng)過“過

2、濾”“過濾系數(shù)”見右.第5頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一一.光度學(xué)的單位 度量光的強(qiáng)弱(大小)和方向的一門科學(xué).基本單位: 光通量-發(fā)光體的 發(fā)光強(qiáng)度-發(fā)光體的 亮度-發(fā)光體 反射體-受照體照明后的反 射光 照度-受照體的第6頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一四個(gè)單位的圖示:第7頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一1.光通量 光通量:看得見的 光輻射功率 單位:瓦第8頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一光通量的單位:流明(lm)眼睛視網(wǎng)膜上的視覺細(xì)胞明視覺:錐體細(xì)胞 3cd/m2.暗視覺:桿體細(xì)胞8

3、000 cd/m2. 三基色粉:10000 cd/m2. T5:16000 cd/m2. CFL:40000 cd/m2. 人眼適應(yīng)的最好亮度:100 cd/m2. 白云:8000cd/m2. 道路:0.5-2.0 cd/m2.第32頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一三基色32W燈管, =2Io=3200lm, Io=324.6cd.燈管長1.2m,直徑26mm,平均燈管亮度L Io /1.2m0.026m=10402cd/m2.第33頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一我們周圍環(huán)境中看到的發(fā)亮物體的亮度和人眼長期適應(yīng)的亮度:第34頁，共63頁，2

4、022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一4.照度E 被照面上單位面積S上接受的光通量. E= /S單位:勒克司(lx).即 1lx=1lm/1m2. 舉例: 夏天的太陽下:80000-100000lx 滿月下:2lx 辦公室:500lx 車間一般照明:150-300lx 體育場(chǎng)(國際):垂直1200lx 居住小區(qū)最佳半柱面照度Esc:310lx第35頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一有多種照度的定義:第36頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一：衡量面觀察方向應(yīng)用場(chǎng)合水平面平面物體辦公，教室，工廠，道路等垂直面對(duì)TV攝像機(jī)，對(duì)對(duì)方來人小區(qū)，TV轉(zhuǎn)播

5、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，小路半圓柱對(duì)對(duì)方來人，小區(qū)，小路，圓柱對(duì)四周看臺(tái)上觀眾運(yùn)動(dòng)場(chǎng)第37頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一照度的計(jì)算 E=I/r2舉例: 10000cd的光強(qiáng)在10m遠(yuǎn)處的照度? E=10000/10X10=100lx.第38頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一二.LED的發(fā)光特點(diǎn)及在光度學(xué)中的情況 1.基本特點(diǎn) 從光度學(xué)內(nèi)容來說,LED并無不同.僅根據(jù)LED的發(fā)光特點(diǎn),決定了有以下差異: 1) LED的光通量僅射向2空間; 2) LED的光強(qiáng)很小,5的僅mcd數(shù)量級(jí); 3) LED的亮度很高,達(dá)106cd/m2數(shù)量級(jí); 4) LED的發(fā)光情況與

6、熱管理有關(guān)。第39頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一2. LED的光通量僅分布在2空間(半空間)的問題 1)LED的燈具做在芯片中去了第40頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一2)與傳統(tǒng)燈具的效率比較第41頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一特別節(jié)能的幾種燈具: (1)下射筒燈 (2)線槽燈櫥柜燈 (3)球泡燈第42頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一3)光通量測(cè)量上的問題 積分球測(cè)量法: 應(yīng)該使用的測(cè)量形式第43頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一積分球測(cè)量光通原則:1.積分球內(nèi)面

7、積與被測(cè)物的面積2.使用標(biāo)準(zhǔn)光通量燈做校正,較正內(nèi)容視測(cè)試方法而異: 1)光通直接比對(duì):需要發(fā)光形式相同配光近似的標(biāo)準(zhǔn)燈(積分法測(cè)量),用兩者光通量和接收的信號(hào)之比值求得; 2)從光通標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜和光通量確定被測(cè)光譜的絕對(duì)分布后計(jì)算得到光通量(分光法測(cè)量).第44頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一積分法測(cè)量 用標(biāo)準(zhǔn)光源替代一次測(cè)量第45頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一分光法測(cè)量-計(jì)算過程 第一步:用標(biāo)準(zhǔn)光通燈定標(biāo); 第二步:測(cè)量被測(cè)光源.第46頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一積分球原理 達(dá)到平衡后,光源光通,積分球上照

8、度E,積分球面積S和表面吸收系數(shù)有下關(guān)系: =(E0+E1+E2+E3)S 即: =E4r2(1-) E= / 4r2(1-)在點(diǎn)光源時(shí), =4I0.代入有: E= I0 / r2 (1-)而第一次照度E0= I0 / r2 ,最后的照度比第一次增大了:1/(1-)倍.在=0.9,1/(1- )=10. =0.98時(shí),E=50 E0.第47頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一看LED在積分球內(nèi)測(cè)量的問題 1.內(nèi)壁骯上下半球骯臟帶來的問題 2.燈具配光形式不同帶來的問題第48頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一積分球內(nèi)臟的分析: 設(shè)定半球反射率1,另半

9、球2,最后的有: =(E0+E1+E2+E3)S1/2+ S 2/2 =ES(2-1- 2)/2 E=2/S(2-1- 2)=24Io/4r2(2-1- 2) =2Io/r2(2-1- 2)與原來都是1的相比: E/E=2Io/ r2(2-1- 2) / I0 / r2 (1-1) =2 (1-1)/(2-1- 2) 若1=0.98, 2=0.95 , E/E=4/7=0.57;若1=0.98, 2=0.90 , E/E=1/3=0.33. 影響很大.第49頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一準(zhǔn)確測(cè)量需要的形式: 考慮球內(nèi)的不均勻性后: 1)基準(zhǔn)與被測(cè)配光光譜相同 2)基

10、準(zhǔn)與被測(cè)置于球側(cè).第50頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一LED基準(zhǔn)器的說明: 相同配光, 相同光譜, 光強(qiáng)最好在相似的數(shù)量級(jí), 熱穩(wěn)定性好(Peltier效應(yīng),半導(dǎo)體致冷). 第51頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一半導(dǎo)體致冷(帕而貼效應(yīng))的說明第52頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一3. LED的光強(qiáng)很小 一般的LED光強(qiáng)僅幾百mcd,或大功率的也僅幾個(gè)cd. 100 mcd在0.5m測(cè)量也僅0.4lx. 一般照度計(jì)述的范圍:0.01-3X105lx. 計(jì)量范圍(受標(biāo)準(zhǔn)燈的限制):40-3000lx. 需要在小數(shù)值和大

11、數(shù)值之間的線性和準(zhǔn)確度.注意! 例如上述照度計(jì)在1.5X10-1- 3X105lx之間的不確定度Urel=1.4%(K=3).第53頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一LED太小,所以CIE規(guī)定了測(cè)量光強(qiáng)的辦法:測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)條件: 光度計(jì)有效接受面積:100mm2; 直徑11.283mm,近似11.3mm.原因: 1) LED太小,配光變化多,必須規(guī)范; 2) 規(guī)定元件的比較條件,利于比較和表述;第54頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一遠(yuǎn)場(chǎng)條件(CIE標(biāo)準(zhǔn)條件A):L=316mm,接受面對(duì)LED頂?shù)膹埥?.001sr,相應(yīng)平面角2.測(cè)得的平均光強(qiáng)符號(hào):

12、ILEDA.近場(chǎng)條件(CIE標(biāo)準(zhǔn)條件B) :L=100mm,接受面對(duì)LED頂?shù)膹埥?.01sr,相應(yīng)平面角6.5.測(cè)得的平均光強(qiáng)符號(hào):ILEDB.第55頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一LED都裝在透鏡內(nèi).看光路: 必須規(guī)定接受器的大小和它離接受器的距離.第56頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的圖示: 聚光光束(光強(qiáng)大):A (遠(yuǎn)場(chǎng))條件; 散光光束(光強(qiáng)變小):B(近場(chǎng))條件.第57頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一4. LED的亮度很高 請(qǐng)看CREE的數(shù)據(jù)：第58頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一利用光通量和光強(qiáng)分布求得I0的數(shù)值： =I0f() I0= /f()2(cos i-cos i+1) LED的芯片的面積S見下： S=1.71.7=2.9mm2. L=I0/2.9mm2 106cd/m2.第59頁，共63頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)29分，星期一三.絕對(duì)光度法與相對(duì)光度法的比較 1.絕對(duì)光度法第60頁，共63頁，2022年，5月2