第六章-辐射度学和光度学基础研究教案资料

光度学中，为表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别，
定义了一个函数 V ，称为视见函数，又称光谱光视效率。
视 见 函 数 国 际 标 准
把对人眼最灵敏的波长=555nm的视见函数定为1，即
V(55)51
假定人眼同时观察两个位于相同距离上的辐射体A和B， 这两个辐射体在观察方向上的辐射强度相等，A辐射的电磁波 波长为 ，B辐射的波长为555nm，人眼对A的视觉强度与人 眼对B的视觉强度之比，作为 波长的视见函数。
M
（lm/m2）sd NhomakorabeaA ds
发光体
辐射出射度
Me
de ds
2、光照度：某一表面被发光体照明，其表面某点附近单位面
积接收的光通量。
E d ds
d
A ds
被照表面均匀照明情况下，
E （lx） s
被照明体
单位：勒克司 1 lx=1 lm/m2
常见物体的光照度值
观看仪器的示值 一般阅读及书写 精细工作（修表等） 摄影场内拍摄电影 照相制版时的原稿 明朗夏日采光良好的室内 太阳直照时的地面照度 满月在天顶时的地面照度 无月夜天光在地面产生的照度
第六章-辐射度学和光度学基础 研究
例：假定一个圆锥面的半顶角为，求该圆锥所包含的立体 角大小。以r为半径做一圆球，假定在圆球上取一个d对应 的环带，则环带的宽度为rd，环带半径为rsin,所以环 带的长度为2rsin， 环带的总面积： dS = rd • 2rsin = 2r2sind
对应的立体角： d = dS/r2 = 2sind = -2dcos 积分得 = 4sin2/2 若较小，则 = 2
符号： E e
Ee
de ds
d e
A ds
单位：瓦每平方米（W/m2）
五、辐射亮度
辐射体表面某点附近，在某一指定方向上单位立体角内 单位投影面积上发出的辐射通量。
符号： L e
Le
Ie ds n
ds n ds cos
描述了辐射体不同位置不同方向上的辐射特性。
单位：瓦每球面度每平方米（W/sr.m2）
2、发光强度 发光强度与辐射度学中的辐射强度相对应。
指定方向上单位立体角内发出光通量的多少。也可以理解 为在这一方向上辐射强度中有多少是发光强度。
Id d C(d V )d eC V ()Ie
单位：坎（德拉） cd
CIE规定：当发光体发出的光全部是=555nm的单色光，在某 一方向上辐射强度 Ie168(W 3/sr)，则发光体在此方向上的发 光强度为1cd。
6.2 辐射度学中的基本量
一、辐射通量
----单位时间内辐射体辐射的总能量-----辐射功率 e
单位：瓦特 （W）
反映辐射强弱，是辐射体各波段辐射能量的积分。
辐射体的 总辐射功率
光谱密集度曲线
e 0 e d
e
lim 0
d d
二、辐射强度
辐射体在某一指定方向上单位立体角范围内的辐射通量。
例：一个功率（辐射通量）为60W的钨丝充气灯泡， 假定它在各方向上均匀发光，求它的发光强度。
１、求总光通量：
K e16 5 090 lm 0
２、求发光强度：总立体角为 4
I 940071.62cd
二、光出射度和光照度 １、光出射度：发光体表面某点附近单位面积发出的光通量。
M d ds
发光表面均匀发光情况下，
Ie
d e d
单位：瓦每球面度（W/sr） 表示辐射体在不同方向上的辐射特性。
三、辐射出射度
辐射体上某一点附近某一微元面积上辐射的总辐射通量。
符号：M e
Me
de ds
d e
A ds
单位：瓦每平方米（W/m2）
不管向哪个方向辐射，描述辐射体表面不同位置上单位 面积的辐射特性。
四、辐射照度
辐射照度与辐射出射度正好相反，不是发出辐射通量， 而是被辐射体上某一点附近某一微元面积上接收总辐射通量。
例：人眼同时观察距离相同的两个辐射体A和B，假定辐射强 度相同，A辐射波长为600nm, B辐射波长为500nm。
V(600)=0.631 V(500)=0.323 A对人眼产生的视觉强度是B对人眼产生视觉强度的 0.631/0.323倍，近似2倍。
若要使A和B对人眼产生相同的视觉强度，则辐射体A的 辐射强度应该是辐射体B强度的一半。
有了光谱光视效能后，光通量公式可写成
d C(V )d e K ()d e
总的光通量应该等于整个波长范围内上式的积分
d 0 0 K ()d e 0 K () e d
发光体的发光特性：光视效能（发光效率)
K e
0K()ed 0ed
光源种类
钨丝灯（真空） 钨丝灯（充气）
辐射度学中的基本量
辐射能 辐射通量 辐射强度 辐出射度 辐照度 辐亮度
U 光能量
Φe
Ie
Me
Ee
光通量 发光强度 光出射度 光照度
Le 光亮度
Q
Φ
I
M
E
L
光度学中的基本量
6.3 人眼的视见函数
辐射体发出电磁波，进入人眼，在可见光范围内，可以 产生亮暗感觉。可见光范围内，人眼对不同波长光的视觉敏 感度不同。
30~50 lx 50~70 100~200 1万
3万~4万 100~500
10万 0.2 3×10–4
石英卤素灯 气体放电管
常见光源的光视效能
光视效能 (lm/w)
光源种类
8~9.2
日光灯
9.2~21
高压水银灯
30
超高压水银灯
16~30
钠光灯
光视效能 (lm/w)
27~41 34~45 40~47.5
60
例：100瓦钨丝灯，光通量为1500流明，则K＝15lm/w 40瓦荧光灯，光通量为2000流明，则K＝50lm/w
6.4 光度学中的基本量
一、发光强度和光通量 光度学中的光通量与辐射度学中的辐射通量相对应。
假定有一单色光，其辐射通量为 d e ，其中能够引起视觉 的部分为光通量-----用人眼视觉强度来度量的辐射通量。
de Ied
单位：流明lm
人眼视觉强度： dCV( )d e C为单位换算常数
光通量：按人眼视觉强度来度量的辐射通量。
3、光谱光视效能
CC 与 V () 的乘积称为光谱光视效能，用K()表示。
K(λ) 683V(λ) 当V(λ) 1时，K(λ)最大， 即Km 683cdsr/W 称为最大光谱光视效能 。
V () 表示人眼对不同波长光辐射的敏感度差别。
K()表示辐射通量中有多少可以转变为光通量。
4、连续光谱的光通量计算