1、第二章 光輻射的光度學(xué)基礎(chǔ),可見光區(qū)波長(zhǎng)分布,一、光輻射的度量方法：,輻射學(xué)計(jì)量方法（物理計(jì)量方法）：適用于整個(gè)電磁波輻射區(qū)，符號(hào)字母右下角用 e 標(biāo)注,光度學(xué)計(jì)量方法（主觀計(jì)量方法）：以人眼所能觀測(cè)到的光對(duì)大腦的刺激程度來對(duì)光進(jìn)行度量的方法，適用可見光區(qū)，符號(hào)字母右下角用 V 標(biāo)注,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,二、與光源有關(guān)的輻射度參數(shù)與光度學(xué)參數(shù)：,輻射能：e 定義：以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的能量。 單位：焦耳（）,1、輻射能與光能：,光能：V 定義：也叫光量，光在可見光范圍內(nèi)輻射的光的能量。單位：流明秒（lms）,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其

2、單位,2、輻射通量與光通量：,輻射通量（輻射功率）：e 單位時(shí)間內(nèi)，以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的輻射能量。,單位:瓦特()或焦耳/秒(J/S）, =1 J/S,定義式:,均勻輻射:,光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光量的多少，,光通量：v,公式：v=dQv/dt 單位：lm（流明）,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,面光源單位元表面內(nèi)向外所發(fā)射的光通量,3、輻射出射度與光出射度：,輻射出射度: Me,定義式:,均勻輻射:,光出射度: Mv,公式：Mv=dV/d 發(fā)光均勻：Mv=v/ 單位：lm/m2（流明/平方米） 勒克司lx,面積為A的有限輻射體，表

3、面某點(diǎn)面元處dA向半球空間內(nèi)發(fā)射的輻射通量de,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,4、輻射強(qiáng)度與發(fā)光強(qiáng)度：,(1)立體角：,整個(gè)空間：,單位：以錐頂為球心，以r為半徑作一圓球，如果錐面在圓球上所截出的面積為r2,則該立體角為1個(gè)球面度（sr）.,定義:一個(gè)任意形狀的封閉錐面所包含的空間。,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,（sr）,單位:瓦/球面度（W/Sr）,（2）輻射強(qiáng)度：,定義:在給定方向上的立體角元內(nèi)輻射的輻射通量,定義式:,均勻輻射:,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,（3）發(fā)光強(qiáng)度：,點(diǎn)光源,定義:點(diǎn)光源在給定方向上的立體角元內(nèi)發(fā)射的光通量,單位:坎德拉(cd

4、), 1cd=1 lm/Sr,定義式:,均勻輻射:,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,5、輻射亮度與光亮度：,輻射亮度e：輻射強(qiáng)度dIe與面元dA在垂直于輻射強(qiáng)度方向平面上的投影面積之比。,定義式:,單位:w/(m2Sr),能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,光亮度V：發(fā)光強(qiáng)度dIV與面元dA在垂直于發(fā)光強(qiáng)度方向平面上的投影面積之比。,定義式:,單位:cd/m2,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,三、與接收器有關(guān)的輻射度參數(shù)與光度參數(shù)：,輻射照度Ee: 被輻射的單位元表面里入射或獲得的輻射通量的多少,1、輻射照度與光照度：,單位:w/m2,定

5、義式:,均勻輻射:,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,光照度Ev: 被照物體單位元表面入射或獲得的光通量的多少,單位:lx（勒克斯),定義式:,光通量均勻分布:,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,2、輻照量與嚗光量：,輻照量He:將照射到物體表面某一面元的輻照度Ee在時(shí)間t內(nèi)的積分,單位: J/m2,定義式:,均勻輻射:,嚗光量HV:將照射到物體表面某一面元的照度EV在時(shí)間t內(nèi)的積分,定義式:,均勻輻射:,單位: lxs,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,參數(shù)小結(jié)：,1、光源有關(guān)：,光能,通量,出射度,強(qiáng)度,亮度,2、接收器有關(guān)：,照度,曝

6、光量,3、這些參數(shù)都與波長(zhǎng)有關(guān),能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.1 輻射量和光學(xué)量及其單位,1、物體在人眼產(chǎn)生實(shí)物感：,一、人眼的視覺靈敏度（視見函數(shù)）：,（2）桿狀細(xì)胞只能在黑暗的環(huán)境下（L=10-2 cd/m2以下)作用，稱之為暗視覺。 507 nm 介于這兩視覺之間的視覺稱之為中間視覺,（1）錐狀細(xì)胞的感光靈敏度低，在超過cd/m2的亮度條件下作用，能分辨物體的顏色和細(xì)節(jié)稱之為錐體視覺又稱明視覺。 555 nm,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.2 輻射度參數(shù)與光度參數(shù)的關(guān)系,光譜視見函數(shù):描述人眼對(duì)各種波長(zhǎng)輻射能的相對(duì)敏感度，表示為：V(),將555nm所對(duì)應(yīng)的黃綠光波長(zhǎng)的光譜光視效

7、率值定為，所以V()1,1、定義方法： 假定人眼同時(shí)觀察2個(gè)在同一位置的輻射體A和B，它們?cè)谟^察方向的輻射強(qiáng)度相等，A的波長(zhǎng)為,B的波長(zhǎng)為555nm，則人眼對(duì)A的視覺強(qiáng)度與人眼對(duì)B的視覺強(qiáng)度之比為波長(zhǎng)的A輻射體對(duì)人眼的視見函數(shù)。 V()是個(gè)無量綱的物理量,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.2 輻射度參數(shù)與光度參數(shù)的關(guān)系,2、視見函數(shù)曲線：,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.2 輻射度參數(shù)與光度參數(shù)的關(guān)系,二、輻射度參數(shù)與光度參數(shù)的轉(zhuǎn)換：,明視覺條件：Km=683 lm/w 暗視覺條件：Km=1725 lm/w,光功當(dāng)量常數(shù),整個(gè)可見光范圍內(nèi)：,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,能源與動(dòng)力

8、工程學(xué)院,2.2 輻射度參數(shù)與光度參數(shù)的關(guān)系,一、余弦定律:,1、照度的余弦定律,不隨傳播距離而變化,任意表面上照度隨該表面法線與輻射能傳播方向的夾角余弦而變化。,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.3 光度學(xué)基本定律,如果發(fā)光面或漫射面的亮度不隨方向而改變，則有:,在方向上：,2、光強(qiáng)余弦定律,朗伯表面在某方向輻射光強(qiáng)隨該方向和表面法線之間夾角余弦而變化。,在法線方向上：,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.3 光度學(xué)基本定律,二、亮度守恒定律:,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.3 光度學(xué)基本定律,光束在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)，若傳輸過程中無能量損失，則光能在傳輸?shù)娜我獗砻媪炼认嗟取?能源與動(dòng)力工程學(xué)院,能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2.3