光亮度是一种物理量,用于描述发光体在特定方向上单位面积的发光强度,通常用坎德拉(cd)作为单位。它可以被看做是发光体在某一方向上产生的光照强度与观察者所接收到的光线面积之比。换句话说,光亮度描述了观察者接收到的来自某一表面的光线强度,而与观察者的角度、方向以及观察距离等因素无关。
亮度是指发光体(不只是电源,其他受照物体对人眼来说也可看作间接发光体)在人眼视线方向单位投影面积上的发光强度(是发光体在某方向发出的光通量密度,它表明了光通量在空间的分布状况),称为该发光体的表面亮度,以符号L表示,单位为坎德拉每平方米(cd/m2)。该发光体表面法线方向的发光强度为I,而人眼视线与发光体表面法线相交的角度θ,因此视线方向的发光强度 Ig=Icosθ。而视线方向发光体的投影面 Aθ=Acosθ,其中A为发光体的面积,因此可得出发光体在视线方向的亮度为:
亮度计算公式
式中Lθ——发光体沿θ方向的表面亮度(cd/m2);
Iθ——发光体沿θ方向的发光强度(cd);
Acosθ-—发光体在视线方向的投影面(m2)。
这就说明了发光体的亮度值实际上与人眼的视线方向无关。亮度的概念对于一次光源和被照物体是同等适用的,亮度是一个客观量,但它直接影响人眼的主观感觉。晴天天空的亮度为(0.5~2)×104cd/m2;白炽灯灯丝的亮度约为(300~1400)×104cd/m2;荧光灯管的表面亮度为(0.6~0.9)×104cd/m2。
光照度(illuminance),也被称为照度,是一种物理量,用于描述被照物体在特定表面上接收到的光通量,通常用勒克斯(lx)作为单位。它描述了被照表面上接收到的光线数量,与观察者所看到的光线面积没有关系。
光亮度与光照度的区别:
光亮度和光照度是两个不同的物理量,它们描述的是不同的物理现象。光亮度主要关注的是发光体在特定方向上的发光强度,而光照度则关注的是被照物体在特定表面上接收到的光线数量。
在日常生活中,我们可以举一个例子来说明这两者的区别。比如,当我们站在阳光下时,我们会感受到阳光的温暖和亮度,这是由于太阳的光线照射到地球表面。但是,如果我们用仪器测量地表的光照度,会发现不同位置的仪器读数可能不同,即使它们都处在相同的阳光下。这是因为不同的表面接收到的光线数量不同,比如深色表面会比浅色表面吸收更多的光线,因此深色表面的光照度会更高。
光亮度和光照度是描述光线在不同方面特性的物理量。光亮度主要关注的是发光体的发光强度,而光照度则关注的是被照物体接收到的光线数量。它们是两个独立的物理量,但有时会在某些特定的应用场景中被一起考虑。
通俗地说,亮度是物体表面明亮的程度。对于发光体,亮度表明了它表面发光的本领,主要与它的发光特性有关;对于本身不发光的物体,它的亮度不仅与照亮它的光源的特性有关,还与物体自身的表面特性有关。例如在同样的光线下,反射率小的黑丝绒亮度低,反射率高的白纸亮度高。照度表明物体表面被光源照明的程度,即单位时间内投射到物体单位表面上光能量的多少。因此亮度与照度的第一个重要区别是:亮度与物体自身的表面特性有关。照度仅由光源的特性(强弱、远近、投射角)确定,与被照明物体的表面特性无关。
亮度与照度的第二个区别是方向性。亮度是有方向的量,谈论某点的亮度还必须同时指明测试或观察的方向。例如点亮的手电筒从正面看比斜看亮得多,劣质的黑板在教室的某些位置会产生强烈的反光。照度是无方向的量,物体上某处的照度是周围环境投射到该处所有光线之和,无论光线从何方射来,只要投射到物体上的光能量相同,对照度的影响都相同。
光源光亮度的测量方法:
一般光源的光亮度不仅与测量方法有关,而且与表面的位置有关。为了测量方便,常在发光面前加一光阑,以测定光阑所限制部分的发光面在水平方向的光亮度。如需要测定发光面其他部分的光亮度,可以改变光阑和探测器的位置。
1.直接测量光照度来确定光源的亮度
如上图所示,光源面积为B,光阑离光源ab很近时,则光源ab向探测器S发出的光通量大约等于在光阑处面积为B的光源向S发出的光通量。如光阑孔的尺寸比距离r小很多,则s上的照度为:E=LB/r2。
测出光照度E和距离r,光亮度L即可确定为:L=Er2/B。
当光源为带状或线状时(如钨带灯或直线钨丝灯),光阑的主要作用是限制发光体的高度,这时光源的亮度由上图可得:
式中,r1、r2分别为探测器S与光阑D以及探测器S与光源ab间的距离;h为光阑的高度;W为发光面的宽度。
2.由光源成像的光照度来确定光源亮度
这种方法可以用于测量不可接近的发光体(如高温发光体)和光照度很低的情况。
如上图所示,若发光面积A1经过透镜D成像为面积A2。发光面及其像与透镜D的距离分别为r1和r2,S为透镜D的面积,τ为透镜的透射比。如果r1和r2比A1和A2的尺寸大很多,则发光面向透镜D发射并透过D的光通量为:
像的照度为:
由透镜的成像关系得:
所以亮度为: