光源的光度学参数之色温和相关色温的计算方法

  DOHO标准光源箱     |      2025-08-05

光源光度学参数是评价光源光学性能的重要指标,其中包括光通量、照度、色温和相关色温等,对这些光度学参数的了解,有助于我们更好的了解光源的光学性能。本文对光源的光度学参数之色温和相关色温的计算方法做了介绍。

光源光度学参数

光源的主要光度学参数介绍:

1.光通量

光通量是指光源在单位时间内发出的光能量,单位是流明(lumen),符号是1m。光通量是用光视效能评价辐射通量时得到的物理量,明确的定义为能够被人眼视觉系统所感受到的那部分辐射功率的大小的量度,其表达式为:Φ=dQ/dt。

2.照度

照度描述的是光接收面所接收到的光度特性。在光接收面上一点处的光照度等于照射在包括该点在内的一个面元上的光通量dΦ与该面元的面积dS之比,即:E=dΦ/dS。照度的单位是勒克斯(lux),符号是1x。当光通量为1lm的光均匀的照射到面积为1m2的面积上时,这个面上的光照度就是1lx,即1lx=1lm/1m2。

3.色温和相关色温

当辐射源在温度T时所呈现的颜色与黑体在某一温度T。时的颜色相同时,则将黑体的温度T.称为该辐射源的颜色温度,简称色温,

单位为K。对于白炽灯等热辐射光源,由于其光谱分布与黑体比较接近,所以它们的色品坐标基本上处在黑体轨迹上。一般来说,色温高表示该辐射源中蓝、绿光的成分较多,色温低则表示辐射源中橙、红光的成分较多。

但是对于白炽灯以外的大部分常用辐射源,其光谱分布与黑体相差较远,它们在温度T时的相对光谱功率分布所得到的色品坐标没有准确的落在色品图中的黑体温度轨迹上,而是落在轨迹附近。这样,就不能用色温来描述其颜色,而是需要采用相关色温来表征和描述这种辐射源的颜色特性。当辐射源和黑体在色品图上的坐标点相距最近时,就用该黑体的温度来表示此辐射源的颜色温度,并称之为该辐射源的相关色温,用符号Tcp表示。

色温和相关色温的计算方法:

色温或者是相关色温是描述光源是一个十分重要的参数,表征光源的颜色,其物理意义在上面已经介绍过了,在此不再赘述。在已经获得光源的色品坐标时,就可以计算光源的相关色温,这一过程比较复杂,传统的经典算法很多,但是都有其缺点。

传统的算法主要有三角垂足插值法、公式拟合法、逐点法等。三角垂直插值法比较直观,但是计算量大,还需要查表检索,并且对于6000K以下的色温计算精度不够;公式拟合法比较简单,计算的思路也比较清晰,在实际的设计中,尤其是在便携式的仪器中得到了广泛的应用;逐点法是所有算法中精度最高的,同时也是计算量最大的,一般只是应用于理论计算。

为了简化色温和相关色温的计算,有人提出了利用数值分析中的二分法来优化计算光源的色温或相关色温。其操作过程是:第一步,判断所求点色坐标与1000K及16000K色坐标的大小,确定待求光源的色温范围。常用光源的色温一般在1000K~16000K之间,我们默认小于1000K的光源的色温都为1000K,大于16000K的光源的色温都为16000K,主要是计算1000K~16000K之间的光源的色温值。第二步:利用数值分析中二分法的概念进行判断和迭代,找出与待求光源坐标最近的参考点,则该点的色温即为所求色温。