GB/T 20151—2006 / CIE S 010/E:2004 光度学 CIE物理光度系统 (Photometry - The CIE system of physical photometry) 发布日期：2006-03-06 实施日期：2006-11-01 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 前言 本标准等同采用 CIE S 010/E:2004《光度学 CIE物理光度系统》（英文版）。本标准由中国轻工业联合会提出，由全国照明电器标准化技术委员会 (SAC/TC224) 归口。本标准起草单位：国家电光源质量监督检验中心（北京）、浙江大学、二色仪器有限公司。本标准主要起草人：齐睿、华树明、牟同升、李艳杰、马荷芳。本标准首次制定。 引言 某一光源的视亮度不仅取决于它发出辐射的量，也与该光源的光谱组成以及观测者的视觉响应函数有关。由于人的视觉响应在不同的光强度和不同观测者之间都存在差异，因此精确的光度测量需要有代表性的标准观测者的定义。CIE物理光度系统规定了用于光学辐射定量评定的程序，其定量评定是根据两个标准观测者的光视（或暗视）效率函数进行的。其中，一个函数 $V(\lambda)$ 代表明视觉，另一个函数 $V'(\lambda)$ 代表暗视觉。这两个函数与国际单位制光度测量基本单位坎德拉 (cd) 联合使用，构成了一个能精确确定所有类型发光光源的光度量数值的系统，而该系统与发射辐射的光谱组成无关。 1 范围 本标准规定了由 CIE 建立的物理光度学系统的特征，这些特征被认可为光测量的基础。本标准对光度量、单位以及构成物理光度学 CIE 系统并被国际计量委员会 (CIPM) 正式认可的标准作出了定义。其中包括： - 光度量和单位的定义； - 明视觉与暗视觉用 CIE 标准光谱光视效率函数的定义； - 衍生这些函数的 CIE 标准光度观测者的定义； - 明视觉与暗视觉用最大光视效能的定义。 2 光度量 2.1 光通量 在光辐射测量学中使用的是基本物理量辐射通量或辐射功率 ($Phi_e$)，测量单位是瓦特 (W)。辐射通量由辐射源发出，经传播介质传输或在表面上被接收。相应的光度量是光通量 ($Phi_v$)，该物理量是根据辐射通量通过 CIE 标准光度观测者的作用对辐射进行评估而推导得出的。 2.2 其他光度量 与最重要的辐射度量相对应的光度量在国际照明词汇中定义如下： - 发光强度 ($I_v$)：(在指定方向上，某一光源的) 发光强度。其定义为：由该光源发出并在包含指定方向的立体角元 $d\Omega$ 内传播的光通量 $d\Phi_v$ 除以该立体角元之商。 - 光亮度 ($L_v$)：(在指定方向上，一实际或假想面上的一给定点的光) 的亮度。其定义为：$L_v = d\Phi_v / (dA \cdot \cos\theta)$，其中 $A$ 是包含指定点的光束截面积，$ heta$ 是核截面的法线与光束方向之间的夹角。 - 光照度 ($E_v$)：(一表面上某一点的) 光照度，是射线或假想面上的一给定点的光，入射在包含该点的面元上的光通量 $d\Phi_v$ 除以该面元面积 $dA$ 之商。 - 光出射度 ($M_v$)：(一表面上某一点的) 光出射度，离开包含该点的面元的光通量 $d\Phi_v$ 除以该面元面积 $dA$ 之商。 3 光度单位 3.1 坎德拉 光度测量的国际单位制基本单位是发光强度，单位是坎德拉 (cd)。该单位在 1979 年由国际计量大会 (CGPM) 定义：坎德拉是发射出频率为 $540 \times 10^{12}\text{ Hz}$ 的单色辐射的光源在指定方向上的发光强度，并规定该光源在该方向上的辐射强度为 $1/683\text{ W}\cdot\text{sr}^{-1}$。此定义等同适用于明视觉、暗视觉和中间视觉。 3.2 其他单位 光度的其他国际单位制单位可从坎德拉以及长度 (m)、立体角 (sr) 和时间 (s) 的国际单位制单位推导得出。 4 光度标准 4.1 明视觉和暗视觉的 CIE 标准光谱光视效率函数 本标准定义了光度测量用的两个光谱光视效率函数 $V(\lambda)$ 和 $V'(\lambda)$。 - 函数 $V(\lambda)$ 适用于明视觉，用于在一定亮度等级下的测量。其峰值波长精确地确定为 $555\text{ nm}$。 - 函数 $V'(\lambda)$ 适用于暗视觉，用于在较低亮度等级下的测量。其峰值波长精确地确定为 $507\text{ nm}$。 具有与明视觉函数 $V(\lambda)$ 或暗视觉函数 $V'(\lambda)$ 相一致的相对光谱响应度曲线，并符合光通量定义中所涉及的加法法则的观测者，称为 CIE 标准光度观测者。 4.2 明视觉和暗视觉的最大光视效能 本标准所定义的函数 $V(\lambda)$ 和 $V'(\lambda)$ 共同构成了物理光度学的体系。在辐射度量和光度量之间建立了如下数值关系： $K(\lambda) = K_m \cdot V(\lambda)$ $K'(\lambda) = K'_m \cdot V'(\lambda)$ 其中 $K_m$ 和 $K'_m$ 分别为明视觉和暗视觉的最大光视效能。根据坎德拉定义，$K_m = 683\text{ lm/W}$。 4.3 关于光度量和辐射度量的基本公式 用于实现光通量定义的公式如下： $Phi_v = \int K(\lambda) \Phi_e(\lambda) d\lambda$ (明视觉) $Phi'_v = \int K'(\lambda) \Phi_e(\lambda) d\lambda$ (暗视觉) 4.4 测量 在实际中，可以通过符合 CIE 标准光度观测者定义的修正探测器来实现光谱加权。此外，也可以通过光谱辐射度测量数据进行数值计算获得积分值。