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輻射度學（radiology）是一門以整個電磁波段的電磁輻射能測量為研究對象的科學。輻射度量是用能力單位描述輻射能的客觀物理量。光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的度量。

輻射測量可以用于測量發光光源，也可以用于測量反射光。

太陽輻射：99.9%的能量集中在0.2~10um。其中太陽光譜在0.29~3um占97%，稱為短波輻射。

1. 紫外輻射：波長小于0.4um

2. 可見光輻射：0.4~0.76um

3. 紅外輻射：波長大于0.76um

4. 地球輻射：是地表、大氣、氣溶膠、云層所發射的長波輻射。3~100um。

輻射測量可對上升流輻射和下降流輻射進行檢測，上升流輻射可以是反射的日光，也可以是地面發射光，它是垂直地面向上的輻射。下降流輻射是從太陽或者大氣層垂直指向地面的輻射。這兩種輻射之間的聯系可以用來獲得植被，森林，海床以及更多地方的光譜。

一、輻射光譜原理

所有的電磁輻射都是光，可見光是光譜中人眼能看到的唯一部分。通常，人眼可以檢測到380~700nm的可見光波長。在人的一生中，我們的眼睛一直依賴于這一窄波段的電磁輻射來收集關于世界的信息。

n 輻射量

輻射度就是輻射強度描述的能量照射到物體表面上的能量，因為輻射強度沒有變化, 會隨著照射的面積的變化而變化。

平面角與單位立體角

輻射通量是指單位時間內釋放、反射、透射或接受的能量，有時也稱為“輻射功率”。單位是W或lm。

輻照度是是每(垂直/投影)單位面積入射到一個表面上一點的輻射通量，即入射到單位接收表面積上的輻射功率。單位是W/m2。

輻射亮度是指擴散源在某方向上單位投影面積和單位立體角內發射的輻射功率，可以認為是一束光子沿著某個方向運動。單位是W/(sr*m2)。

n 光度量

輻射度量是用能量單位描述輻射能的客觀物理量。光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的度量，即光度量是具有平均人眼視覺響應特性的人眼所接收到的輻射量的度量。

光通量定義為單位時間內的光流量。以流體作為比方，它類似于每分鐘流過多少升水。光的流量是指光源所產生的總的光能，沒有指定方向、距離或強度。表示從此光源中放射出來的光的量的用語叫光通量。單位是lm。

光照度是指光源照射到物體表面一個面元上的光通量除以該面元的面積，即單位面積上所接收的光通量大小。單位是lx（lm/m2）。

光亮度光亮度又稱發光率，是指一個表面的明亮程度，以L表示， 即從一個表面反射出來的光通量。或者說是指在某方向上單位投影面積的面光源沿該方向的發光強度。單位是c/m2或lm（m2*sr）。

光通量、光強、照度、亮度之間的關系示意圖

n 色度學

物理學里面，研究的是光的客觀屬性及其規律，色度學里面，研究的是人眼感知的主觀屬性及其規律，所以色度學是建立在人眼的基礎之上的。人類有三種錐細胞，紅色光刺激紅細胞，藍色光刺激藍細胞，綠色光刺激綠細胞，而黃色光既可以刺激綠細胞，也可以刺激紅細胞。

色光三原色

顏色是外來的光刺激作用于人的視覺器官而產生的主觀感覺。因而物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光源、周圍環境的顏色，以及觀察者的視覺系統有關系。一般來說可見光譜上的各種顏色隨光強度的增加而有所變化(向紅色或藍色變化)。這種顏色隨光強度而變化的現象﹐叫做貝楚德-樸爾克效應。但在光譜上黃(527nm)﹑綠(503nm)﹑藍(478nm)三點基本上不隨光強而變。

如果被測定的有色物質的每個三刺激值被三個總和除，則每種原色在總刺激部分中所占的比例就極易得到，因為它們的總數為1，0000。兩個系數就足可說明色性了。這種比例數值就叫色性坐標，或色性系數，也叫三色系數。顯然，所謂色性系數，就是指某原色的刺激量在三種原色的總刺激量中所占的比例。

CIE 1931光譜三刺激值曲線                              色度圖

三刺激值：

X = K * Σ ( φ(λ) * x(λ) * Δλ )

Y = K * Σ ( φ(λ) * y(λ) * Δλ )

Z = K * Σ ( φ(λ) * z(λ) * Δλ )

其中：

K：歸一化系數

φ(λ)：色刺激函數

x(λ)、y(λ)、z(λ)：色匹配函數

Δλ：積分步距，通常5nm或1nm

二、輻射光譜測量方案

一般來說輻射測量系統由光譜儀、光纖、積分球（余弦矯正器）、支架組成，系統測量待測光源前需要使用標準光源定標。

測待測物品：輻照度測量需要一已知輻射能量分布的標準光源，通過經過定標的標準光源以及光纖光譜儀即可測得待測物的光譜輻射能量分布曲線，通過輻射能量分布曲線可進一步計算出輻照度、輻射通量等參數。

測待測光源：利用萊森光學的光譜儀對光的響應特點模擬出待測光源的輻射能量分布，從而計算輻照度、亮度等參數。樣品的輻射光譜與具有黑體輻射能量分布（歸一件化為1）的標準燈輻射光譜的比值。需將標準燈先行置于光路中，測得其光譜為本次測量的參考光譜，然后再用待測輻射源代替標準燈,并將系統切換至相對輻射模式即可進行測量。

n 積分球光采集

光源在內：

測試原理圖

實物連接圖

在測量過程中首先必須保存暗光譜和參考光譜，然后再開始一系列的測試若中途更改采集參數和測量環境，如積分時間、平均化次數、平滑次數或更換光纖等，則必須重新保存暗光譜和參考光譜。為保證參考光譜的穩定性，所使用的照明光源必須穩定且在測量過程開始前就已經穩定輸出。同時在一次測量中，必須保證各接口的相對位置保持不變，如照明光源與光纖探頭的相對位置，樣品與光纖探頭的相對位置等。

輻照度測試軟件界面

光源在內：

測試原理圖

通常可用于燈具等較大的發光物體，積分球在成理想條件下，能將待測光源輻射出來的光散射成積分球內壁單位面積照度一致，且創造一個暗室環境，避免雜散光的影響。一般，為了避免被測光源直接輻射到探頭，一般會增加擋板，擋板帶來的誤差，與第二步一起校準。

LED輻射測量積分球選擇：

1. 4π測量：主要應用于燈具、燈帶等發光面積較大的產品測試。

2. 2π測量：主要應用于LED燈珠、二極管等單一小發光源的產品測試。

n 余弦探頭光采集

利用余弦探頭進行光信號采集，進行待測光源輻照度測量。針對不同的光源可采用不同直徑的余弦探頭。

采集示意圖

、n 鏡頭光采集

利用鏡頭進行光信號采集，進行待測光源的輻射亮度，光譜輻射亮度，發光強度，光亮度等與接收角度有關的輻射參數測量。

采集示意圖

三、應用案例

1. LED光源輻照度測試：

2.太陽光譜研究：獲得太陽光譜的能量分布、測量太陽、大氣的輻照能量或者照射到物體上反射的二次輻照。

3.顯示器的顏色監控：獲得顯示器的亮度值

4.光源參數測量、發光特性測量

5.太陽模擬器光譜匹配度測試

6. LED路燈在線質量控制

在輻射光譜測量中，不同的實驗目的需要配置不同的實驗儀器，接下來將針對輻射光譜測量解決方案光譜的儀器配置方面進行詳細介紹。

? 光譜儀：

使用時可根據待測光源的發光強度強弱配置LISpec-UV100、LISpec-HS400、LiSpec-HSR100-TEC系列的光譜儀，萊森光學的光譜儀擁有獨有降噪低噪聲電路控制技術，光譜儀暗噪聲極低，具有優良的穩定性和高信噪比。

? 光源：

在不同的測試需求中，可選擇不同的標準燈泡作為光源。

光通量標準燈泡                       發光強度標準燈泡

? 積分球：

積分球進行光采集是最常用的LED輻射測量方式，要根據測試產品的發光面大小、測試方式來進行積分球的選擇。

? 鏡頭：

LS-FOL 光纖準直聚焦鏡頭。用鏡頭進行光信號采集，可根據需求選擇鏡頭的角度，主要是用來測量積分球無法測量的需要經過角度換算的一些參數。

? 余弦輻射探頭：

使用余弦輻射探頭進行光采集的優點是系統搭建方便，采集模塊體積小，性價比高；缺點是對環境要求較高，需全暗環境，且測試精度較積分球測試差，受外界影響波動比較大。