光强与照度的换算

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  角弧度 2017-11-26 00:00:00

  在光度学中是没有“光强”这样一个概念的。常用的光学量概念有发光强度、光照度、光出射度和光亮度。“光强”只是一个通俗的说法，很难说对应哪一个光度学概念。以上所说的几个概念都是有严格的物理定义的： 发光强度：光源在单位立体角内发出的光通量，单位是坎德拉，即每球面度1流明。 光照度：被照明面单位面积上得到的光通量，单位是勒克斯，即每平方米1流明。 光出射度：光源单位面积上发出的光通量，单位与光照度相同。 光亮度：单位面积上沿法线方向的发光强度，或称单位面积在其法线方向上单位立体角内发出的光通量，单位是尼特，即每平方米每球面度1流明。 由于发光强度、光亮度与方向有关，容易推导出：各个方向上光亮度相同的光源其发光强度是方向的余弦函数，在法线方向上发光强度Z大，称为余弦辐射体，也叫朗伯光源。各个方向上发光强度都相等的光源其光亮度就是不等的。 发光强度、光出射度和光亮度都是表示光源的发光的发光特性的。楼上所说考虑太阳到地球距离的平方是将太阳当成点光源，利用地面上的照度计算太阳的发光强度。而把太阳朝向地球的这一面作为一个面光源，再除以这个面积就是太阳在与地球连线方向的光亮度。当然这与太阳直接发光的发光强度或光亮度相比是有下降的，因为太阳光经过大气还要衰减的。 这些光学量都用到光通量，光通量是与辐射能通量相对应的光学量，因为光是一种电磁辐射。不同波长的电磁波1瓦的辐射能通量所相当的光通量是不一样的，换算到光通量要考虑人眼的光谱灵敏度曲线，即人眼对不同波长同样的辐射能通量所感受到的光是不一样的，如红外光、微波、紫外光等人眼是看不见的，而400nm到760nm波长的可见光是人眼能看得见的。 在物理光学中也提到“光强”，是用麦克斯韦方程组解出光的电矢量，电场强度的平方就是物理光学中的光强，主要用于计算干涉、衍射效应得到的图形。 在光学各相关学科中光强度是一个比较含糊的概念，不同的分支有不同的说法，有的等同于发光强度，有的等同于光照度，有的等同于光亮度。而光度学中这几个概念是有严格的物理意义的。 由于地面上的照度是由天空及地球上整个环境包括天空各部分的亮度、地面上其他反射体反射、散射而得到的光亮度综合产生的照度，所以难以用一个直接的公式进行计算。不过可以借助成像光学系统来实现您的想法，可以用一个照相物镜，或者简单点用一个放大镜也行，将某一部分光源例如天空或别的什么成像于像面上，将照度计置于像面测得照度E，则E＝1/4*π*K*L*(D/f')2。公式中的2是平方，应该是上标的，这里打不出来。K是光学系统的透过率，L就是你要求的亮度，D是你的成像系统的通光口径，f'是成像系统的焦距。如果是照相物镜，D/f'就是光圈数的倒数。利用这个公式就可以从照度换算到亮度。这个公式用于计算对无穷远成像时像面的照度或已知照度反过来求无穷远物的亮度。如果被成像的物在有限距离，那公式有点不同，详细请看jpkc.zju.edu.cn/kj/k/548中的“在线学习”->网上课件->第六章 光能及其计算中“成像光学系统像面的照度”

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