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光量测基础知识——基本概念

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光量测基础知识——基本概念

发布日期:2020-01-10 作者: 点击:

一、简介

光度测量(photometry)学是测量人眼对光的响应的科学。

由于人眼是一个高度复杂的器官,这无疑是一个非常困难的工作。它涉及到多个学科,心理学、生理学和物理学等。

1924年,CIE(国际照明委员会)组织会议定义人眼对光平均响应值,从此光度测量学就成为一门现代学科。该委员会抽样测试了大量人群,将得到的数据绘制成明视(photopic)曲线。该曲线表明人眼对绿光反应敏感,对紫光和红光则反应较弱。
实验表明,在暗视场情况下,人眼有完全不同的响应值,在此情况下,人眼也无法辨别颜色。于是,又进行了一系列测试,绘制出了暗视(scotopic)曲线暗视视见函数。

有了人眼的光谱响应曲线,CIE规定了标准光源作为光强量测的标准。第一个标准光源是一特殊的蜡烛,由此得出footcandle和candlepower的定义。为了*大可能的提高重复性,1948年,对标准进行了重新定义--一定量的金属铂融化所发出的光。

二、基本概念

光度的基本概念是流明(lumen),是一个与辐射度(radiometric)中的Watt相关的概念,关系如下:
lm=683·W·V(λ)

V(λ)-相对发光度,由视见函数得出的一个系数,把人眼在555nm(灵敏波长)的值规定为1

两个重要的光度学定理:

1、平方反比定理:连续光强光源在光接受表面的照度(illumination)与光源到接受表面距离之间的关系, 即,照度值与该光源到接收面之间的距离的平方成反比。因此,理想的照度测量必须要能精确控制距离的大小,如果某光源在某一距离的照度值已知,除非其他条件影响,任何距离的照度都可以经计算获得。

2、余弦定理:一定面积上的光强,因入射角的不同而随之变化,这是因为实际投影面积随入射角的增大成比例的减少。这样,在环境照明测试时,探头需要进行余弦校正来计算实际值。否则,就会产生相当大的误差,尤其当入射角较小时,误差更大。

光度量测的主要问题是如何再现人眼对光谱的响应。电子探头独特的响应特征完全不同于CIE标准观者。为此,探头必须能按光谱校正数据。通常有两个方法达到该目的,一是通过不同波长扫描、探测,二是匹配滤滤光片法。

扫描法是用单色仪或多通道探测器来完成测试,在这种方法里,光源的光强被逐波长的测试,测得的数据根据明视视见函数进行计算,得到测量结果。由上可见,该技术需要微处理器,要有一定的扫描精度,因此并不实用,而且,价格昂贵,操作复杂。
光学滤光片法提供了一个简单、经济的解决方案。因只有一个光电信号需要处理,因此一个单通道的电子处理器即可。近来滤光片设计技术的改进,以及固体探测器技术的提升,提高了该技术在光度量测上的正确度。

滤光片匹配技术是在探测器前加一有色滤光镜(colored-glass filter),该滤光镜可以对不同波长进行选择性衰减,直到符合CIE视见函数曲线。平面散射的Si光敏二极管,在可见光谱范围内具有良好的线性响应和极高的灵敏度,因此是理想的光探测器。使用Si探测器,再加上先进的滤光片设计,UDTI公司的光度计与CIE视见函数曲线仅有1%的误差。根据CIE的统计,这是合适的匹配值。

表示光度量测探头性能的一个非常重要的参数就是f1′,这是由CIE协会定义的一个数值,由光度探测器的平均误差与CIE视见函数的比值得该数值。高精度------实验室级精度的探测器的f1′<1.5%,一般的应用要求f1′<3%。

需要指出的是,探测器与滤光片之间的匹配是非常精密的,一旦匹配完成之后,就不能与其他的探测器/滤光片的配对互换。每一个探测器都有一个独特的响应特征,需要与特定厚度和层数的滤光片结合。

探测器的响应值确定了以后,就要用标准转移技术来进行校正。标准探测器由NIST提供。将探测器/滤光片的配对定位于一个光源前,光源要求能够输出连续波长和强度,一般用卤化钨灯。这样,对被校正探测器的输出电信号与标准探测器的信号进行对比。

探头的光响应值确定了以后,就可以匹配一个精密的增益控制电子放大器和数据读出系统白姐全年资料吉数精选            

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