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1、第六章辐射度学和光度学基础1波长为400760nm范围内的电磁波称为“ 可见光”研究可见光的测试、计量和计算称为“ 光度学”研究电磁波辐射的测试、计量和计算的 学科称为“辐射度学”2辐射度学 通过电磁光谱来处理辐射能的测量。 辐射度学主要研究频率为31011 31016Hz的 光辐辐射，对应对应 于0.011000m微米的波长长。 波段范围围包括红红外、可见见光、紫外线。3光度学 与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知 的光，即可见光，波长范围为380 780nm(纳米)。 波长450nm对应于蓝色，540nm对应于绿 色，659nm对应于红色。4立体角的定义：一个任意形状的 封闭锥面所包含的
2、空间称为立体角， 用表示。第一节第一节 立体角的意义和它在光度学中的应用立体角的意义和它在光度学中的应用5立体角定义图6以锥体顶点为球 心，任意r为半径作 一球面，此锥体在球 面上的截面为S，则 立体角表示为7 立体角单位：以锥顶为球心，以立体角单位：以锥顶为球心，以r r为半径作一圆为半径作一圆 球，若锥面在原球上所截出的面积等于球，若锥面在原球上所截出的面积等于r r2 2，则该立，则该立 体角为一个体角为一个“球面度球面度”（srsr）。）。 整个球面的面积为整个球面的面积为4 4r r2 2, , 对于整个空间有对于整个空间有即整个空间等于即整个空间等于4 4 球面度球面度8 立体角是
3、平面角向三维空间的推广。在二维 空间，2角度覆盖整个单单位圆圆。 在三维维空间间， 4的球面度立体角覆盖整个单单 位球面。从一个球面上去处1球面度立体角的圆锥 9计算微元立体角的几何关系10第二节 辐射度学中的基本量一、辐射通量 辐射通量的定义：单位时间内辐射体所辐射的总能量，用e表示 ；其计量单位用功率单位瓦特。表示了一个辐射体辐射的强弱辐射通量就是辐射体的辐射功率用辐射通量的光谱密集度来表示辐射体的辐射通 量按波长分布的特性11 用辐射通量的光谱密集度用辐射通量的光谱密集度e e 来表示辐射来表示辐射 体的辐射通量按波长分布的特性体的辐射通量按波长分布的特性ee 辐射体总辐射通量辐射体总辐
4、射通量 即辐射体的总辐射即辐射体的总辐射 功率为功率为12其他表示面积元ds的辐射通量： 单位时间内面积元ds辐射出 来的所有波长的光能量。 分布函数（谱辐射通量密度）： 在单位时间内通过光源面积元的某一波长附 近的单位波长间隔内的光能量。用e()表示， 是波长的函数。13其他表示总辐射通量： 从光源面积元ds辐射出来的波长在 +d 间的辐射通量为： 从光源面积元ds发出的各种波长光的总 辐射通量为：14二、辐射强度辐射体在不同方向上的辐射特性用在给定 方向上取立体角d，在d范围内的辐射通 量为de。把de与d之比称为辐射体在该方向上的“辐 射强度”，Ie表示15 单位立体角内发出的辐射通量
5、辐射强度的单位为瓦每球面度（W/sr）。d de ed d均匀点光源 16三、辐（射）出射度、辐（射）照度辐射强度不能表示辐射体表面不同位置的辐射特性 表示辐射体表面上任意一点A处的辐射强弱： 假定dS微面辐射出的辐射通量为de，则A点的辐 （射）出射度为Me称为“辐（射）出射度”，单位为瓦每平方米（W/m2）A Ad de edSdS17某点单位面积内发出的辐射通量 单位为瓦每平方米（W/m2）18如果某一物体表面被其它辐射体照射 即为了表示A点被照射的强弱，假定物体所 接受的辐射通量为de，把dS接受的de与 dS之比称为“辐（射）照度”，符号为Ee，即辐（射）照度与辐（射）出射度的单位一
6、样，也为瓦每平方米（W/m2）A Ad de edSdS19四、辐（射）亮度 用辐（射）亮度来表 示辐射体表面不同位置 和不同方向上的辐射特 性dS在AO垂直方向上的投影面积为dSnA AdSdSNNd dOOI Ie e 20若在AO方向上的辐射强度为Ie，把Ie与dSn之 比称为“辐 （射）亮度”，符号为Le辐 （射）亮度代表了辐射体不同位置和不同方 向上的辐射特性。 单位为瓦每球面度平方米（W/（sr.m2）。21可见光 光的辐射能中能引起人眼的视觉效应的区域。这个区域从400纳米到760纳米。 人眼观察辐射体时，其视觉强弱与辐射波长和 辐射强度（某一方向）有关 在可见光中不同波长的光所
7、引起的视觉效应的灵敏度是 不相同的。 在光度学中，为了表示这种差别，定义V ()为“视见函 数”（光谱光视效率）。第三节 人眼的视见函数22视见函数 把人眼对黄光的视觉灵敏度作为基准，其它 色光的视觉灵敏度与黄光的视觉灵敏度相比， 得出各种色光的相对视觉灵敏度，称为视见函 数，用V()表示。 把人眼最灵敏波长（=555nm）的视见函数规定 为1，即V(555)=1 V()1不同人在不同观察条件下的视觉函数略有差别23/nmV()24视见函数是表征人眼对不同波长光平均相对 灵敏度的函数，又称视觉灵敏度 即：它与辐射通量的关系 ：25第四节 光度学中的基本量 一、发光强度和光通量 发光强度是光度学
8、中最基本量之一，与辐射度学中 的辐射强度相对应。 辐射体的辐射波长为的单色光，在眼睛观察的方 向上的辐射强度为Ie，眼瞳孔对辐射体所张的立体 角为d，则则眼睛接受到的辐辐射通量为为眼睛的视觉视觉 强度与辐辐射通量de和视见函数V() 成正比 这就表示该辐射所产生的视觉强度（ d）。26d是按人眼视觉强度来度量的辐射通量， 称为“光通量”。 C为单位换算常数，由d和de所采用的单 位决定。 光通量是描述客观辐射通量所引起的人眼 视觉强弱的物理量 光通量的单位是流明（lm） 一只40W白炽灯的全部辐射的光通量为 500lm，而40W的荧光灯的全部辐射约为 2300lm27发光强度与辐射强度相对应。
9、它表示在指定 方向上光源发光的强弱，即单位立体角内发 出的光通量 发光强度的单位为坎（德拉）（cd） 对于均匀点光源281cd（坎德拉）代表发光体发出的电磁波频率 为540X1012Hz的单色辐射（波长为555nm） ，且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr 。 1坎德拉等于光源在1个立体弧度内产生1流明 的光通量 坎德拉是光度学中最基本的单位，也是国际 基本计量单位之一。 光通量 光通量d的单位为流明（lm） 1lm表示在某一方向上的发光强度为1cd的发 光体在单位立体角内的通光量，即29由坎德拉及发光强度的定义可知：30用符号K ()来表示系数CV()，即K ()称为波长的“光谱光
10、视效能”,其单位是（ cdsr）/W或lm/W 其最大值为Km，称为“最大光谱光视效能”上面的公式中辐射通量de以瓦（W）为单位 ，光通量d以流明（lm）为单位31在实际应实际应 用中，辐辐射体都有一定的波长长范围围 ，所以光通量与辐辐射通量的关系就有用K来表示发发光体的发发光特性注意：K和K()是不同的。 K称为发为发 光体“光视视效能”，其单单位为为流明每 瓦（lm/W）其物理意义义是辐辐射体消耗1W功率 所发发出的流明数 K ()称为波长的“光谱光视函数”32二、光出射度和光照度 用光出射度M来表示A点处的发光强弱 指发光表面单位面积内所发出的光通量，它 与辐（射）出射度相对应当发光表面
11、均匀发光时，其光出射度为 反之，当某一表面被发光体照明，用光照度 E来表示被照明表面A处的照明强弱在均匀照明情况下33光照度表示被照明的表面单位面积 上所接收的光通量。 它与辐射度学中的辐（射）照度相 对应。 它们的单位为勒克斯（lx） 。 1lx等于1m2面积上发出或接收1lm的 光能量，即： 34A AdSdSNNd dOOI I 三、光亮度 前面所讲的概念并不能表 示发光面不同方向的发光 特性。 用光亮度来表示发光表面 不同位置和不同方向的发 光特性。 在该方向上单位投影面积 的发光强度。35L表示发光面上A点处在AO方向上的发光特性光亮度等于发光表面上某点周围的微面在给定方 向上的发光强度除以该微面在垂直于给定方向的 投影面积 光亮度L与辐射度学中的辐亮度相对应。 光亮度的单位为坎（德拉）/米2（cd/m2）光亮度表示发光面上单位投影面积 在单位立体角内所发出的光通量36
