輻射度學(xué)（radiology）是一門以整個(gè)電磁波段的電磁輻射能測(cè)量為研究對(duì)象的科學(xué)。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(cè)量可以用于測(cè)量發(fā)光光源，也可以用于測(cè)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(zhǎng)小于0.4um

2. 可見光輻射：0.4~0.76um

3. 紅外輻射：波長(zhǎng)大于0.76um

4. 地球輻射：是地表、大氣、氣溶膠、云層所發(fā)射的長(zhǎng)波輻射。3~100um。

輻射測(cè)量可對(duì)上升流輻射和下降流輻射進(jìn)行檢測(cè)，上升流輻射可以是反射的日光，也可以是地面發(fā)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(lián)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(cè)到380~700nm的可見光波長(zhǎng)。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(guān)于世界的信息。

• 輻射量

輻射度就是輻射強(qiáng)度描述的能量照射到物體表面上的能量，因?yàn)檩椛鋸?qiáng)度沒有變化, 會(huì)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(shí)間內(nèi)釋放、反射、透射或接受的能量，有時(shí)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(gè)表面上一點(diǎn)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(kuò)散源在某方向上單位投影面積和單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射功率，可以認(rèn)為是一束光子沿著某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。單位是W/(sr*m2)。

• 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(yīng)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(shí)間內(nèi)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(chǎn)生的總的光能，沒有指定方向、距離或強(qiáng)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(gè)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(fā)光率，是指一個(gè)表面的明亮程度，以L表示， 即從一個(gè)表面反射出來的光通量?；蛘哒f是指在某方向上單位投影面積的面光源沿該方向的發(fā)光強(qiáng)度。單位是c/m2或lm（m2*sr）。

光通量、光強(qiáng)、照度、亮度之間的關(guān)系示意圖

• 色度學(xué)

物理學(xué)里面，研究的是光的客觀屬性及其規(guī)律，色度學(xué)里面，研究的是人眼感知的主觀屬性及其規(guī)律，所以色度學(xué)是建立在人眼的基礎(chǔ)之上的。人類有三種錐細(xì)胞，紅色光刺激紅細(xì)胞，藍(lán)色光刺激藍(lán)細(xì)胞，綠色光刺激綠細(xì)胞，而黃色光既可以刺激綠細(xì)胞，也可以刺激紅細(xì)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(chǎn)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(huán)境的顏色，以及觀察者的視覺系統(tǒng)有關(guān)系。一般來說可見光譜上的各種顏色隨光強(qiáng)度的增加而有所變化(向紅色或藍(lán)色變化)。這種顏色隨光強(qiáng)度而變化的現(xiàn)象﹐叫做貝楚德-樸爾克效應(yīng)。但在光譜上黃(527nm)﹑綠(503nm)﹑藍(lán)(478nm)三點(diǎn)基本上不隨光強(qiáng)而變。

如果被測(cè)定的有色物質(zhì)的每個(gè)三刺激值被三個(gè)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?yàn)樗鼈兊目倲?shù)為1，0000。兩個(gè)系數(shù)就足可說明色性了。這種比例數(shù)值就叫色性坐標(biāo)，或色性系數(shù)，也叫三色系數(shù)。顯然，所謂色性系數(shù)，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(shù)

φ(λ)：色刺激函數(shù)

x(λ)、y(λ)、z(λ)：色匹配函數(shù)

Δλ：積分步距，通常5nm或1nm

二、輻射光譜測(cè)量方案

一般來說輻射測(cè)量系統(tǒng)由光譜儀、光纖、積分球（余弦矯正器）、支架組成，系統(tǒng)測(cè)量待測(cè)光源前需要使用標(biāo)準(zhǔn)光源定標(biāo)。

測(cè)待測(cè)物品：輻照度測(cè)量需要一已知輻射能量分布的標(biāo)準(zhǔn)光源，通過經(jīng)過定標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)光源以及光纖光譜儀即可測(cè)得待測(cè)物的光譜輻射能量分布曲線，通過輻射能量分布曲線可進(jìn)一步計(jì)算出輻照度、輻射通量等參數(shù)。

測(cè)待測(cè)光源：利用萊森光學(xué)的光譜儀對(duì)光的響應(yīng)特點(diǎn)模擬出待測(cè)光源的輻射能量分布，從而計(jì)算輻照度、亮度等參數(shù)。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(biāo)準(zhǔn)燈輻射光譜的比值。需將標(biāo)準(zhǔn)燈先行置于光路中，測(cè)得其光譜為本次測(cè)量的參考光譜，然后再用待測(cè)輻射源代替標(biāo)準(zhǔn)燈,并將系統(tǒng)切換至相對(duì)輻射模式即可進(jìn)行測(cè)量。

• 積分球光采集

光源在內(nèi)：

測(cè)試原理圖

實(shí)物連接圖

在測(cè)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(cè)試若中途更改采集參數(shù)和測(cè)量環(huán)境，如積分時(shí)間、平均化次數(shù)、平滑次數(shù)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(wěn)定性，所使用的照明光源必須穩(wěn)定且在測(cè)量過程開始前就已經(jīng)穩(wěn)定輸出。同時(shí)在一次測(cè)量中，必須保證各接口的相對(duì)位置保持不變，如照明光源與光纖探頭的相對(duì)位置，樣品與光纖探頭的相對(duì)位置等。

輻照度測(cè)試軟件界面

光源在內(nèi)：

測(cè)試原理圖

通?？捎糜跓艟叩容^大的發(fā)光物體，積分球在成理想條件下，能將待測(cè)光源輻射出來的光散射成積分球內(nèi)壁單位面積照度一致，且創(chuàng)造一個(gè)暗室環(huán)境，避免雜散光的影響。一般，為了避免被測(cè)光源直接輻射到探頭，一般會(huì)增加擋板，擋板帶來的誤差，與第二步一起校準(zhǔn)。

LED輻射測(cè)量積分球選擇：

1. 4π測(cè)量：主要應(yīng)用于燈具、燈帶等發(fā)光面積較大的產(chǎn)品測(cè)試。

2. 2π測(cè)量：主要應(yīng)用于LED燈珠、二極管等單一小發(fā)光源的產(chǎn)品測(cè)試。

• 余弦探頭光采集

利用余弦探頭進(jìn)行光信號(hào)采集，進(jìn)行待測(cè)光源輻照度測(cè)量。針對(duì)不同的光源可采用不同直徑的余弦探頭。

采集示意圖

• 鏡頭光采集

利用鏡頭進(jìn)行光信號(hào)采集，進(jìn)行待測(cè)光源的輻射亮度，光譜輻射亮度，發(fā)光強(qiáng)度，光亮度等與接收角度有關(guān)的輻射參數(shù)測(cè)量。

采集示意圖

三、應(yīng)用案例

1. LED光源輻照度測(cè)試：

2.太陽光譜研究：獲得太陽光譜的能量分布、測(cè)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(jiān)控：獲得顯示器的亮度值

4.光源參數(shù)測(cè)量、發(fā)光特性測(cè)量

5.太陽模擬器光譜匹配度測(cè)試

6. LED路燈在線質(zhì)量控制

在輻射光譜測(cè)量中，不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康男枰渲貌煌膶?shí)驗(yàn)儀器，接下來將針對(duì)輻射光譜測(cè)量解決方案光譜的儀器配置方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

? 光譜儀：

使用時(shí)可根據(jù)待測(cè)光源的發(fā)光強(qiáng)度強(qiáng)弱配置LISpec-UV100、LISpec-HS400、LiSpec-HSR100-TEC系列的光譜儀，萊森光學(xué)的光譜儀擁有獨(dú)有降噪低噪聲電路控制技術(shù)，光譜儀暗噪聲極低，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和高信噪比。

? 光源：

在不同的測(cè)試需求中，可選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)燈泡作為光源。

光通量標(biāo)準(zhǔn)燈泡                       發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈泡

? 積分球：

積分球進(jìn)行光采集是最常用的LED輻射測(cè)量方式，要根據(jù)測(cè)試產(chǎn)品的發(fā)光面大小、測(cè)試方式來進(jìn)行積分球的選擇。

? 鏡頭：

LS-FOL 光纖準(zhǔn)直聚焦鏡頭。用鏡頭進(jìn)行光信號(hào)采集，可根據(jù)需求選擇鏡頭的角度，主要是用來測(cè)量積分球無法測(cè)量的需要經(jīng)過角度換算的一些參數(shù)。

? 余弦輻射探頭：

使用余弦輻射探頭進(jìn)行光采集的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)搭建方便，采集模塊體積小，性價(jià)比高；缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境要求較高，需全暗環(huán)境，且測(cè)試精度較積分球測(cè)試差，受外界影響波動(dòng)比較大。