第二章-光辐射与光源-基本概念.ppt

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1、第2章光辐射与光源王霞副教授北京理工大学光电学院光电成像与信息工程研究所dsrdddo2.1辐射度量立体角立体角Ω是描述辐射能向空间发射、传输或被某一表面接收时的发散或会聚的角度，定义为：以锥体的基点为球心作一球表面，锥体在球表面上所截取部分的表面积dS和球半径r平方之比式中，为天顶角；为方位角；dd分别为其增量。立体角单位是球面度(sr)。2.1辐射度量(1)辐射能(Q):简称辐能，描述以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位焦耳(J)。(2)辐能密度(w,单位J/m-3)(3)辐射通量(,P,单位W):以辐射形

2、式发射、传输或接收的功率，用以描述辐能的时间特性。实际应用中，对于连续辐射体或接收体，以单位时间内的辐射能，即辐射通量表示。2.1辐射度量(4)辐射强度(I，单位Wsr-1):在给定传输方向上的单位立体角内光源发出的辐射通量，即辐射强度描述了光源辐射的方向特性。点光源~扩展源:即光源发光部分的尺寸比起其实际辐射传输距离小得多时，把其近似认为是一个点光源，在辐射传输计算，测量上不会引起明显的误差。点光源向空间辐射球面波。对点光源的辐射强度描述2.1辐射度量(5)辐亮度(L，单位Wm-2sr-1):光源在垂直其辐射传输方向上单位表面积

3、单位立体角内发出的辐射通量，光源微面元辐强度特性辐亮度在光辐射的传输和测量中具有重要的作用。例如，描述螺旋灯丝白炽灯时，由于描述灯丝每一局部表面(灯丝、灯丝之间的空隙)的发射特性常常是没有实用意义的，而把它作为一个整体，即一个点光源，描述在给定观测方向上的辐射强度；而在描述天空辐射特性时，希望知道其各部分的辐射特性，则用辐亮度可描述天空各部分辐亮度分布的特性。2.1辐射度量(6)辐射出射度(M，单位Ｗm-2):离开光源表面单位面元的辐射通量面元所对应的立体角是辐射的整个半球空间。平面与球面辐射出射度的表面积。(7)辐照度(E，单位

4、Ｗm-2):单位面元被照射的辐射通量辐照度和辐射出射度具有相同的定义方程和单位，但却分别用来描述微面元发射和接收辐射通量的特性。2.1辐射度量(8)吸收比(率)、反射比、透射比由于辐射度量也是波长的函数，当描述光谱辐射量时，可在相应名称前加“光谱”，并在相应的符号上加波长的符号“”作为下标，例如光谱辐射通量记为或()，等等。irsa2.2光度量人眼的视见函数光通量V和辐射通量e可通过人眼视觉特性进行转换V()是CIE推荐的平均人眼光谱光视效率(或称视见函数)。对于明视觉，对应为辐射通量e(555)与某波长

5、能对平均人眼产生相同光视刺激的辐射通量e()的比值。Km是最大光谱光视效能(常数),对于明视觉，Km=683lm/W。对暗视觉，Km=1725lm/W。2.2光度量人眼的光视效能K（lm/W）视见函数，光视效率常见光源的光视效能光源类型光视效能(lm/W)光源类型光视效能(lm/W)钨丝灯(真空)8~9.2日光灯27~41钨丝灯(充气)9.2~21高压水银灯34~45石英卤钨灯30超高压水银灯40~47.5气体放电管16~30钠光灯602.2光度量(1)光能(QV，单位流明秒lm·s)(2)光能密度(wv,单位lm·s/m

6、-3)(3)光通量(v,单位流明lm)(4)发光强度(Iv,单位坎德拉,cd,lm·sr-1)(5)亮度(Lv,单位cd·m-2):(6)光出射度(Mv,lm·m-2)(7)照度(Ev,lm·m-2)发光强度的单位是坎德拉（candela），简称为坎[cd]。1979年第十六届国际计量大会通过决议，将坎德拉重新定义为：在给定方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度为（1/683）W/sr，其发光强度定义为一个坎德拉[cd]。对发光强度为1cd的点光源，向给定方向1球面度(sr)内发射的光通量定义为1流明（

7、lm）。发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为=4πIＶ＝12.566lm。2.3朗伯辐射体及其辐射特性反射方向性漫反射和朗伯辐射体各方向的(辐)亮度不变某些自身发射辐射的辐射源，其辐亮度与方向无关，即辐射源各方向的辐亮度不变，这类辐射源称为朗伯辐射体。绝对黑体和理想漫反射体是两种典型的朗伯体。在实际问题的分析中，常采用朗伯体作为理想的模型。2.3.2朗伯体辐射出射度与辐亮度的关系设朗伯微面元dS亮度为L，则辐射到dA上的辐射通量为在半球内发射的总通量P为按照出射度的定义得对于辐射场中反射率为的朗伯漫反射体(=

8、1为理想漫反射体),不论辐射从何方向入射,它除吸收(1-)入射辐射通量外,其它全部按朗伯余弦定律反射出去。即M=E，故2.4几种典型光辐射量的计算公式2.4.1点源对微面元的照度设受照微面元dA距点源O的距离为l，其平面法线n与辐射方向夹角为