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光與顏色測量

Total Flux Measurement 光通量測量
測量光源的光通量通常有三種方法。

◆ 積分光度儀 (Sphere Photometer)
將光源點燃於積分球的中心,球內徑為r,球內壁塗有白色中性的漫反射材料,反射比為ρ。則光源發出的光經過球壁的多次漫反射後,在球的內壁上得到均勻的照明。照度值:


由於光源的各向異性,直接照射所產生的照度E0與光源的方向性有關。若用漫射反射擋板擋去光源的直射光,那麼

用光亮度偵測器在球壁窗口測量照度,通過光通量標準燈校正測量系統的響應常數K值,就可測量光源的光通量。 用積分光度法測量光通量,測量系統必須滿足以下條件:
 • 光亮度偵測器的光譜響應函數必須與V(λ)函數一致。 
 • 積分球的內壁塗層的光譜反射比一致,且為理想的漫反射體。 
 • 球體內沒有其他吸收光線的異物。

實際的測量系統不可能完全滿足上述的理想條件。尤其是一般的光亮度偵測器由於V(λ)修正誤差,以及當積分球在使用過程中,由於灰塵和老化發黃,光通量誤差可能會達到4%-10%。特別是用白熾燈作標準,測量各種色溫熒光燈的光通量,誤差將十分明顯。
因此,用積分光度法測量光源的光通量,應採用下列方法:
 • 標準燈與待測試燈有相近的光譜分布。
 • 積分球內徑應大於2.5倍光源的最大尺寸。對於直管形熒光燈,應大於燈管長度的1.2倍。
 • 儀器校正或測量時,球內的異物(擋板、燈頭、導線等)應保持相同。
 • 若積分球老化、發黃、則應重新噴塗。

◆ 光譜光度儀(Spectrometer)
用光譜輻射分析儀來代替光度計,通過電腦控制自動採集光源在每一波長處的光譜功率分布P(λ)。然後根據CIE推薦的V(λ)標準數據,由電腦求積分得到光通量,即

從而避免了積分光度法中由於光偵測器V(λ)修正及球壁塗層老化,光譜反射比不一致所帶來的誤差。這種方法結構複雜,但測量精確,而且可以採用穩定性較好的鎢絲標準燈來校正量測系統。

◆ 雙旋角光度儀(Goniophotometer)
用積分球收集光源的總通量,通過測量球壁上的照度來確定光通量,方法簡單。但對於測量發光方向性非常明顯的光源,或者待測光源的尺寸較大,由於實際光度球的各相異性及內部擋屏、燈頭、導線等影響,可能會來較大的誤差。
雙旋角光度法是用雙旋角光度計(空間光強分布測試儀)測出光源的空間光強度分布,由電腦將空間和方向的光通量積分算出光源的總光通量。這種方法特別適合於投光燈,大型光源及燈具的總光通量測量。同時還能得到光源的空間配光曲線。

Illuminance Meter Measurement 照度測量
測量被照表面上的光照度的儀器,稱為照度計。照度計的光偵測器必須滿足下列要求:
a. 相對光譜靈敏度與人眼的光譜光視效率V(λ)一致。一般在在矽光電二極体前加入幾種濾光片修正而得之。
b. 從不同方向投射在光偵測器上的光照,其讀數應符合餘弦定率。一般在光偵測器前加漫透射餘弦修正器。
c. 輸出信號與照度成正比。一般照度計有幾個數量級的讀數範圍,如0.1~2*105lx。因此要有較寬的線性範圍。

The Measurement of Luminance Intensity 發光強度測量
發光強度可以通過測量某一距離上的照度計算得到。如圖,當距離r遠大於光源尺寸(十倍以上)時,該光源可近似為點光源。若在P點的垂直面測得照度為E,那麼該光源在該方向上的發光強度:I=E‧r2

測量光源在空間各方向上的光強度分布,一般採用雙旋角光度計。光亮度偵測器安裝在離光源一定距離的支架上,電腦控制測試光源線垂直軸或水平軸旋轉,以便光亮度偵測器測量光源各方向的發光強度。
一般,雙旋角光度計的讀數可以用發光強度標準燈進行絕對標準校正。當測量出各方向上的發光強度分佈後,還可以計算出該光源(或燈具)在某一平面上的照度分佈曲線。

The Measurement of Luminance 亮度測量
測量光源表面的亮度,一般需在光偵測器前面加上一個光學成像系統(組成一個固定立體角),光偵測器位於光學系統的像平面上,如圖。

若透鏡的通光口徑為D,焦距為f,透射比為r。該亮度計的測量立體Ω為:

光偵測器表面上的照度E=L‧r‧Ω,則光源的亮度L為:

一般,亮度計直接用標準亮度光源進行定標,測試亮度值從儀表上直接讀出。

The Measurement of Colour 顏色測量
光源的顏色測量可分為三刺激值積分法及光譜光度法兩種。前者是利用三刺激值光偵測器直接量測光源的色刺激值X、Y、Z,光偵測器中裝有經過x(λ)、y(λ)、z(λ)修正的三色偵測器。光電信號通過儀器的微機處理後,可直接顯示色刺激值X、Y、Z,色坐標x,y和光通量,相關色溫Tc及色偏差值duv。三刺激值色度計與積分法光度計存在類似的情況,所以也求標準燈與被測燈有相近的光譜功率分佈。這種儀器使用簡便,測量快速,適合於工廠產品檢驗、生產線上即時監測使用。
如前所述,光譜光度法是用光譜輻射分析儀測出光源的光譜功譜功率分布P(λ1),通過計算機直接加權計算色刺激值。即