应用光学-辐射度学和光度学基础

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1、第六章辐射度学和光度学基础1发光体实际上为一个电磁波辐射源；研究电磁波辐射的测试、计量和计算的学科称为“辐射度学”波长为400~760nm范围内的电磁波称为“可见光”描述电磁辐射的物理量，称为辐射量2辐射度学通过电磁光谱来进行辐射能的测量。辐射度学主要研究频率为3×1011～3×1016Hz的光辐射，对应于0.01~1000μm的波长。波段范围包括红外、可见光、紫外线。3研究可见光的测试、计量和计算的学科称为“光度学”也可用视觉受到刺激的程度，即视觉感受来度量可见光。另一方面，可见光是能对人的视觉形成刺激并能被人感受的电

2、磁波。按照视觉响应原则建立的表征可见光的量称为光学量。4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。5将可见光作为纯物理现象来研究时，应采用辐射量值系统。研究与人的视觉有关的问题时，采用光学量值系统。6把整个空间以某一点为中心，划分成若干立体角。立体角的定义：一个任意形状的封闭锥面所包含的空间称为立体角，用Ω表示。第一节立体角的意义和它在光度学中的应用Ω7如图所示，以锥体顶点为球心，任意r为半径作一球面，此

3、锥体在球面上的截面为S，则立体角表示为8立体角单位：以锥顶为球心，以r为半径作一圆球，若锥面在园球上所截出的面积等于r2，则该立体角为一个“球面度”（sr）。整个球面的面积为4πr2,对于整个空间有即整个空间等于4π球面度。9立体角是平面角向三维空间的推广。在二维空间，2π角度覆盖整个单位圆。在三维空间，4π的球面度立体角覆盖整个单位球面。10第二节辐射度学中的基本量（1）辐射能Qe光辐射是一种能量的传播形式。度量辐射能的单位：焦耳（J）11单位时间内发射、传输或接收的辐射能。度量辐通量的单位：瓦（W）（2）辐射通量Φe1

4、2用辐射通量的光谱密集度Φeλ来表示辐射体的辐射通量按波长分布的特性。ΦeλΔλλ辐射体总辐射通量即辐射体的总辐射功率为13点辐射源向各方向发出辐射，在某一个方向，在一个圆锥立体角dΩ内发出的辐射通量。即单位时间、单位球面度上发出的能量。辐射强度的单位：W/sr（3）辐射强度Ie表示了辐射体在不同方向上的辐射特性。dΦedΩ14辐射源单位发射面积发出的辐射通量，也就是辐射源单位时间内单位面积发出的能量。辐出射度的单位：W/m2（4）辐出射度Me表示了辐射体在不同位置上的辐射特性AdΦedS15单位受照面积上接收的辐射通量，

5、也就是单位时间内单位面积接收的辐射能量。与辐出度相同，一个是发出，一个是接受。（5）辐照度Ee辐照度的单位：W/m2AdΦedS16表示单位面积在与法线成α角的立体圆锥角内的辐射通量。辐亮度的单位：W/sr·m2（6）辐亮度Le表示了单位面积辐射源发出的辐通量的空间分布AdSNdΩOIeα17可见光：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

6、义V(λ)为“视见函数”（光谱光视效率）。第三节人眼的视见函数18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(λ)表示。把人眼最灵敏波长（λ=555nm）的视见函数规定为1，即V(555)=1V(λ)≤1不同人在不同观察条件下的视觉函数略有差别。19/nmV()如果以同样功率的不同波长的辐射通量射入人眼，波长λ=555nm的光人眼感觉最亮。紫红20如λ=660nm的红光，要引起与黄绿光相同亮的光感，必须要比555nm的辐射通量大

7、16倍。而λ=780nm的红光，要引起与黄绿光相同亮的光感，必须要比555nm的辐射通量大5万倍。但是波长在380nm，780nm以外区域的辐射能，不管有多大功率的辐射通量进入人眼，将是感觉不到的。21第四节光度学中的基本量（1）光通量(Φ)标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。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2300lm光通量的单位：流明（lm）光源发出555nm波长的光，如果功率为1W，则其光通量为683lm22（2）发光强度(I)发光强度是光度学中最基本量之一。发光强度与辐

8、射强度相对应。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）231cd（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。1lm（流明）表示在某一方向上的发光强度为1c