光源有哪些光學參數？光通量和光照度什么關系？

光源有哪些光學參數？描述光源的光學參數有很多，如光強、光通量、亮度、照度等，其中光強、亮度和照度都是表示光能光通量的光學參數。光強表示光通量的空間密度，照度表示的是光通量的表面密度，而亮度則是單位投影面上的光強。那么，光通量和光照度什么關系？本文對光源的光學參數及光通量和光照度的關系做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！

光源的光學參數介紹：

1.光強

設某個點光(guang)(guang)源向各個方向都(dou)均(jun)勻輻射(she)，則(ze)光(guang)(guang)強可定(ding)義(yi)為發射(she)到(dao)單(dan)(dan)位立體角dΩ的光(guang)(guang)通(tong)量dΦ的比(bi)值，即I=dΦ/dΩ。光(guang)(guang)強/的單(dan)(dan)位為坎（cd）；Ω的單(dan)(dan)位為球面度（sr）；Φ為光(guang)(guang)通(tong)量，單(dan)(dan)位為流明（lm）。

光(guang)(guang)(guang)強表示(shi)光(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)在(zai)給定方向(xiang)上(shang)的發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)強度(du)，單(dan)位(wei)(wei)為(wei)坎(kan)，坎(kan)定義為(wei)：光(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)發(fa)(fa)出(chu)頻率為(wei)540x10(12)Hz的單(dan)色(se)輻射(she)光(guang)(guang)(guang)，且(qie)在(zai)此(ci)指定方向(xiang)上(shang)的輻射(she)強度(du)為(wei)1/683W/sr，W為(wei)能量單(dan)位(wei)(wei)，由于(yu)點光(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)向(xiang)四周均(jun)勻輻射(she)，而(er)球心對球面(mian)總立體角有4n球面(mian)度(du)，所以I=Φ/4π。1cd光(guang)(guang)(guang)強的點光(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)發(fa)(fa)出(chu)的總光(guang)(guang)(guang)通量為(wei)4πlm。

2.光通量

光(guang)(guang)源以電(dian)磁波(bo)的(de)(de)(de)(de)形式輻射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)功(gong)率(lv)稱為光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)。光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)是用于度(du)量(liang)(liang)可(ke)見(jian)光(guang)(guang)對(dui)人(ren)(ren)眼的(de)(de)(de)(de)視(shi)覺(jue)刺(ci)激程(cheng)度(du)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)，與輻射(she)(she)度(du)量(liang)(liang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)輻通(tong)量(liang)(liang)對(dui)應，單位為流明(ming)（lm），單位流明(ming)定(ding)義(yi)為：發光(guang)(guang)強度(du)為1cd的(de)(de)(de)(de)均勻(yun)點(dian)光(guang)(guang)源在一(yi)球(qiu)面(mian)立體(ti)角內發射(she)(she)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)，即1lm=1cd*sr。流明(ming)的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)常以人(ren)(ren)眼的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)感覺(jue)來度(du)量(liang)(liang)其輻射(she)(she)功(gong)率(lv)。人(ren)(ren)眼對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)波(bo)長、相同(tong)(tong)輻通(tong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)可(ke)見(jian)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)敏感程(cheng)度(du)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)，這表(biao)明(ming)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)視(shi)覺(jue)系統(tong)對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)波(bo)長可(ke)見(jian)光(guang)(guang)有(you)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)相應靈敏度(du)，稱為光(guang)(guang)譜(pu)光(guang)(guang)效率(lv)函(han)數(shu)(shu)。觀察場明(ming)暗程(cheng)度(du)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)時，人(ren)(ren)眼光(guang)(guang)譜(pu)敏感特性稍(shao)有(you)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)。國際(ji)照明(ming)委員(yuan)會（CIE）根據實驗確定(ding)兩種光(guang)(guang)譜(pu)光(guang)(guang)效率(lv)函(han)數(shu)(shu)：明(ming)視(shi)覺(jue)光(guang)(guang)譜(pu)光(guang)(guang)效率(lv)函(han)數(shu)(shu)V（λ）和暗視(shi)覺(jue)光(guang)(guang)譜(pu)光(guang)(guang)效率(lv)函(han)數(shu)(shu)V‘（λ），函(han)數(shu)(shu)曲(qu)線如下(xia)圖所(suo)示，這里函(han)數(shu)(shu)值已經歸一(yi)化。

其(qi)中，是在(zai)亮視(shi)場(chang)觀察時，最(zui)敏(min)感(gan)波長為555nm；是在(zai)暗視(shi)場(chang)觀察時，最(zui)敏(min)感(gan)波長為607nm。

對于單一波長的光源來講，光通量Φ與輻射(she)功率的關系為：

Φ=kP（λ）V（λ）

式中k=683lm/W，P（λ）為光源輻射功(gong)率的波(bo)譜分(fen)布。在可(ke)見光范圍內對所有(you)波(bo)長求和，即為光源的光通量：

式中積分(fen)的△范圍為可見(jian)光范圍，即(ji)△=380nm～780nm。

4.亮度

亮(liang)(liang)度B是發光(guang)(guang)(guang)面(mian)的明(ming)亮(liang)(liang)程(cheng)(cheng)度的度量(liang)，決(jue)定于單位面(mian)積(ji)的光(guang)(guang)(guang)強(qiang)。光(guang)(guang)(guang)可以從一(yi)個面(mian)光(guang)(guang)(guang)源直接(jie)輻射(she)，也可以由入射(she)光(guang)(guang)(guang)照射(she)下從單一(yi)表(biao)面(mian)反射(she)出來或者是某(mou)光(guang)(guang)(guang)源經介質(zhi)透射(she)出來。從某(mou)一(yi)角(jiao)度α去看發光(guang)(guang)(guang)面(mian)S，如下圖(tu)所(suo)示，亮(liang)(liang)度與該角(jiao)度的光(guang)(guang)(guang)強(qiang)Iα成正比，與所(suo)見(jian)的面(mian)積(ji)Scosα成反比。其(qi)亮(liang)(liang)度定義為(wei)(wei)：β=Iα/lScosα。In為(wei)(wei)S發光(guang)(guang)(guang)面(mian)法線方(fang)向(xiang)的發光(guang)(guang)(guang)強(qiang)度，Iα為(wei)(wei)S發光(guang)(guang)(guang)面(mian)在指定方(fang)向(xiang)的發光(guang)(guang)(guang)強(qiang)度，α為(wei)(wei)該方(fang)向(xiang)與法線的夾角(jiao)。在任何方(fang)向(xiang)看到的Iα越(yue)大(da)或Scosα越(yue)小，則亮(liang)(liang)度B越(yue)大(da)，即(ji)明(ming)亮(liang)(liang)程(cheng)(cheng)度越(yue)高，按前述的理想漫射(she)的面(mian)光(guang)(guang)(guang)源，即(ji)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)按余(yu)弦規律分布(bu)，則：

也就是說，理想漫(man)射的(de)面(mian)光(guang)源的(de)亮度余方(fang)向(xiang)角度α 無關(guan)。亮度的(de)單位是坎每(mei)平方(fang)米(mi)，cd/m2。

5.照度

照(zhao)射(she)在(zai)單位面積上的(de)(de)光(guang)通(tong)量就(jiu)是(shi)照(zhao)度(du)(du)(du)E，即(ji)E=Φ/S，單位為勒(le)（lx），lx定義為在(zai)1m2的(de)(de)面積上照(zhao)有1lm的(de)(de)光(guang)通(tong)量。照(zhao)度(du)(du)(du)與成像(xiang)的(de)(de)好(hao)壞有很大關系，為了得到(dao)良(liang)好(hao)的(de)(de)圖像(xiang)，常用強光(guang)來照(zhao)射(she)。由于光(guang)強I=Φ/Ω，而立體角(jiao)Ω又和(he)球半徑r有關，這樣照(zhao)度(du)(du)(du)E定義為：E=Φ/S=I/r2，即(ji)當光(guang)強I一定時，照(zhao)度(du)(du)(du)與距離(li)平(ping)方成反比。光(guang)源為平(ping)行(xing)光(guang)束時，照(zhao)度(du)(du)(du)和(he)距離(li)無(wu)關。

光通量與光照度的關系：

照度表示被照面上接受的光的強弱，是單位(wei)面積(ji)上所得到的光通量。

如果(guo)要想求出(chu)距離一個光(guang)源(yuan)rm處(chu)的光(guang)照度(du)，可(ke)以設想一個以光(guang)源(yuan)為中心、半徑(jing)為rm的球(qiu)面(mian)(mian)，球(qiu)面(mian)(mian)內側接受的光(guang)通(tong)量(liang)是(shi)均勻的，這個球(qiu)面(mian)(mian)的面(mian)(mian)積A為A=4π·r2，照度(du) E等(deng)于(yu)光(guang)通(tong)量(liang)除以面(mian)(mian)積，即(ji)E=Фv/A=Фv/4π·r2（lx）。

例如，一個(ge)(ge)發光(guang)強度為(wei)1cd的點光(guang)源，均勻發出的光(guang)通量為(wei)4πlm，距離這個(ge)(ge)點光(guang)源1m位(wei)置的照度為(wei)1lx。距離這個(ge)(ge)點光(guang)源2m位(wei)置的照度則為(wei)（1/4）1x。

反之(zhi)，如果已(yi)知照(zhao)(zhao)(zhao)度(du)E和被照(zhao)(zhao)(zhao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)A，也可以(yi)求(qiu)出光(guang)通量(liang)Фv=EA，光(guang)通量(liang)等于照(zhao)(zhao)(zhao)度(du)乘(cheng)以(yi)面(mian)(mian)積(ji)(ji)。如果被照(zhao)(zhao)(zhao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)上(shang)照(zhao)(zhao)(zhao)度(du)是不(bu)均(jun)勻的(de)，可把(ba)被照(zhao)(zhao)(zhao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)劃(hua)分為多(duo)個(ge)(ge)小面(mian)(mian)積(ji)(ji)△A1……△An，測出每個(ge)(ge)小面(mian)(mian)積(ji)(ji)上(shang)的(de)照(zhao)(zhao)(zhao)度(du)E1……En，用近似公式計(ji)算，即每個(ge)(ge)小面(mian)(mian)積(ji)(ji)與其上(shang)的(de)照(zhao)(zhao)(zhao)度(du)相乘(cheng)，再(zai)全相加得到光(guang)通量(liang)。

如果劃分的(de) n 個小面積其面積全相等，則：Фv=A [（E1+……+En）/n]。

這是常用的計算投(tou)(tou)影機(ji)光(guang)通(tong)量的方(fang)法，平均照(zhao)度(du)乘以投(tou)(tou)影面積。例如(ru)，如(ru)果(guo)平均照(zhao)度(du)為10001x，投(tou)(tou)影面積為3m2，簡單相乘可知光(guang)通(tong)量為30001m。