应用光学(第六章).ppt

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1、第六章辐射度学和光度学基础1波长为400~760nm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3×1011～3×1016Hz的光辐射，对应于0.01~1000μm微米的波长。波段范围包括红外、可见光、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

2、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Ω5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r为半径作一圆球，若锥面在原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8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。从一个球面上去处1球面度立体

3、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Φe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12其他表示⒈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。⒉分布函数（谱辐射通量密度）：在单位时间内通过光源面积

4、元的某一波长附近的单位波长间隔内的光能量。用e(λ)表示，∵是波长的函数。13其他表示⒊总辐射通量：∵从光源面积元ds辐射出来的波长在λ～λ+dλ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dΩ，在dΩ范围内的辐射通量为dΦe。把dΦe与dΩ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辐射强度的单位为瓦每球面度（W/sr）。dΦedΩ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

5、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dΦe，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）AdΦedS17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dΦe，把dS接受的dΦe与dS之比称为“辐（射）照度”，符号为Ee，即辐（射）照度与辐（射）出射度的单位一样，也为瓦每平方米（W/m2）AdΦedS19四、辐（射）亮度用辐（射）亮度来表示辐射体

6、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dSnAdSNdΩOIeα20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(λ)为“

7、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(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中最基本量之一，与辐射度学中的辐射

8、强度相对应。辐射体的辐射波长为λ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dΩ，则眼睛接受到的辐射通量为眼睛的视觉强度与辐射通量dΦe和视见函数V(λ)成正比这就表示该辐射所产生的视觉强度（dΦ）。26dΦ是按人眼视觉强度来度量的辐射通量，称为