当前位置：文档之家 › 第1章 辐射度与光度基础C 2014.9.26

第1章 辐射度与光度基础C 2014.9.26

  • 格式：ppt
  • 大小：3.40 MB
  • 文档页数：26

下载文档原格式

  / 26

合集下载

辐射度学和光度学基础课件

辐射度学和光度学基础课件

能源利用效率。
02
医学影像技术
在医学影像技术中，辐射度学的知识可以帮助我们理解影像的形成机制
和优化影像质量；同时，光度学的知识可以帮助我们设计更好的医用光
源和照明系统。
03
视觉科学
光度学的知识在视觉科学中有着广泛的应用，例如人眼的光觉响应、颜
色视觉等；而辐射度学的知识可以帮助我们理解视觉感知的物理基础。
辐射度和光度在照明设计 中的应用
照明设计的基本原则
功能性原则
照明设计应满足人们的 基本照明需求，提供足 够的亮度以适应不同的
活动和环境。
舒适性原则
照明设计应考虑人的视 觉舒适感，避免过强或 过弱的光线造成视觉疲
劳或不适。
经济性原则
照明设计应考虑成本和 能耗，合理选择高效、 节能的照明设备和控制
系统。
研究的范围不同
辐射度学的研究范围涵盖了整个电磁波段，而光度学主要关注可见 光波段。
应用的领域不同
辐射度学在能源、环境、气象等领域有广泛应用，而光度学在照明 、显示、摄影等领域有广泛应用。
辐射度学与光度学的应用领域
01
能源与环境监测
辐射度学的方法可以用于测量和监测环境中的电磁辐射能量，例如太阳
辐射、地球辐射等；光度学的知识可以用于设计合理的照明系统，提高
辐射度学主要研究电磁辐射的能量分布和传输，而光度学则关注光 辐射的度量、测量和应用。
两者有共同的基础概念
例如，辐射通量、辐射照度、辐射亮度等概念在两者中都有涉及。
两者在某些领域有交叉
例如，在照明工程和光环境设计中，光度学的知识和方法常常与辐 射度学的知识相结合。
辐射度学与光度学的区别
研究重点不同
辐射度学更注重电磁辐射的物理特性和传输规律，而光度学更注 重光辐射的视觉感知和应用。

光度与辐射度基础课件

光度与辐射度基础课件

照明设计 节能减排
光度与辐射度在光学仪器中的应用
光学测量
图像处理
在图像处理领域，光度和辐射度参数 可用于增强图像对比度和清晰度，提 高图像质量。
光度与辐射度在环境保护中的应用
环境监测
生态保护
光度与辐射度在医学领域的应用
医学影像
医学影像技术中，光度和辐射度参数对于提高影像质量和诊断准确率具有重要作 用。
在光谱分析中，辐射度是测量和分析 物质吸收、发射光谱的关键参数，有 助于了解物质的性质和组成。
光度测量技术
光度测量定义 光度测量仪器 光度测量应用
辐射度测量技术
辐射度测量定义
辐射度测量仪器
辐射度测量应用
光度与辐射度测量技术的发展趋势
高精度测量
智能化测量
多维测量
光度与辐射度在照明工程中的应用
光度量单位
01
02
瓦特（W）
坎德拉（cd）
03 流明（lm）
光度量与其他物理量的关系
01
光功率与光强度、光通量的关系
02
光强度与发光角度的关系
03
光通量与其他物理量的关系
辐射度量定义 01 02
辐射度量ห้องสมุดไป่ตู้位
除此之外，还有其他的单位如焦耳（J ）、瓦特小时（Wh）等，用于描述不 同形式的能量和功率。
辐射度量与其他物理量的关系
辐射度量与光度量有密切的联系， 光度量是描述光源发光强弱的物 理量。
辐射度量和光度量都是描述光和 电磁辐射的重要物理量，它们在
某些场合可以互相转换。
此外，辐射度量还与温度、颜色 等其他物理量有关，这些物理量 之间存在一定的关系和转换公式。
光度与辐射度的联系
两者都是描述光源辐射能力的物理量，光度用于描述人眼可见光的辐射，而辐射度 则用于描述整个电磁波段的辐射。

1辐射度与光度学

1辐射度与光度学

整个空间
dϕ
∫
π
0
I e (θ , ϕ ) sin θ d θ
均匀
= 4π I e
五、辐（射）照度 Ee 辐照度是被照表面单位面积上的辐射通量 辐照度是被照表面单位面积上的辐射通量
辐照度Ee与辐（射）出（射）度 Me表达式 辐照度 与辐（ 与单位完全一样， 与单位完全一样，但要注意意义的差别
在光辐射度量学中， 勒克斯) 在光辐射度量学中， Ee单位是 lm/m-2=lx (勒克斯 勒克斯
dΩ
r
α
dA '
dA
点光源在立体角dΩ的传播方向上辐射功率相同，设投影面 点光源在立体角 Ω的传播方向上辐射功率相同， dA和dA’上的辐照度分别为 和E’ 上的辐照度分别为E和 和
∂Φ e E = ∂A
E ' = E cos α
∂Φ e E '= ∂A'
∂Φ e = cos α ∂A
任一表面上的辐照度随该表面法线和辐射能传输方 向之间夹角的余弦而变化
L 1 d Ω 1 cos θ 1 dA 1 = d Ω 2 cos θ 2 dA 2
E dA1
θ1
dΩ1 dΩ2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱθ2
dA2
cos θ 2 dA 2 dΩ 1 = r2 dΩ 2 cos θ 1 dA 1 = r2
r
L1=L2
对于介质有
L L' = 2 n n '2
dE = 2 π L e sin θ cos θ d θ
E =
θm
对A1积分
∫
0
R2 2 π L e sin θ cos θ d θ = π L e 2 R + L2

辐射度量光度量基础

辐射度量光度量基础
光源在指定方向上通过单位立体角内的光通量。
I
d d
(4)光亮度 (L，luminance) 面光源在给定方向上，单位正投影面积的L发光d 2强度/ d。dAcos dI / dAcos
(5)光出射度(M，Lminous exitance)
面光源单位元表面内向外所发射的光通量。 (6) 光照度(E，illuminance)
被照物体单位元表面里入射或获得的光通量。
M dQ dA
E dQ dA
第二十四页，共87页。
1.2 光度量
1、光视效能
为了描述光源的光度与辐射度的关系，通常引入光视效能 K ，其定义为目视引 起刺激的光通量 与光源发出的辐 射通量 之比，单位为（lme/W）。
常见光源的光视效能:
K e
光源类型 钨丝灯(真空) 钨丝灯(充气) 石英卤钨灯 气体放电管
符号上加下标“e”，而在光度量符号上加下标“v”。
第二十三页，共87页。
1.2 光度量
(1)光量(Q，quantity of light )
光源在指定时间内发出的光能。
(2)光通量(，luminous flux)
光源在单位时间内发出的光能。
dQ dt
(3)光强度(I，luminous Intensity)
如果观测中使用光学系统，当源的像小于探测器，就可以看成是点源。
均匀点辐射源（各向同性）辐射强度I不随方向变化，故整个球面的辐射通量
为：
I 4I
第八页，共87页。
1.1 辐射度量
(5) 辐射出射度(M，Radiant exitance) 辐射出射度表示扩展源单位面积向半球空间发射的功率(或辐射通量)，是描述
1.1 辐射度量
(3) 光子辐射强度

第一章辐射度与光度基础教材

第一章辐射度与光度基础教材

图1 电磁辐射波谱
8
2. 光辐射
以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可
以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程 称为光辐射。 一 般 认 为 其 波 长 在 10nm~1mm ， 或 频 率 在 31016Hz~31011Hz范围内。 一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三 部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。
单位：瓦特/球面度米2（W/sr m2）。
d
d

dS S
图2 辐射亮度示意图
22
⑹ 辐射照度：在辐射接收面上的辐照度定义为照射在面元dA 上的辐射通量与该面元的面积之比。即
Ee

de dA
单位：（W/m2）。
(1.2-9)
⑺ 单色辐射度量：对于单色光辐射，同样可以采用上述物 理量表示，只不过均定义为单位波长间隔内对应的辐射度量， 并且对所有辐射量X来说单色辐射度量与辐射度量之间均满 足
Iθ=I0cosθ θ=90°时，Iθ=0
35
二、距离平方反比定律: 描述点辐射源产生的照度的规律。
设：点辐射源的辐射强度为I;源到被照表面P点的距离为d （P点为小面 元dA）;小面元dA的法线与到辐射源之间的夹角为θ， 求：点辐射源在P点产生的照度

X e 0 X e, d
(1.2-10)
23
§ 1-2. 光度的基本物理量
由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，故用辐射 度单位描述的光辐射不能正确反应人的亮暗感觉。
光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，在 光频区域，光度学的物理量可以用与辐度学的基本物理量对应的 来表示，其定义完全一一对应。
9

辐射度学与光度学的基础知识课件

辐射度学与光度学的基础知识课件
总结词
辐射度学的应用领域广泛，包括天文、气象、环保、 能源等领域。
详细描述
辐射度学的应用领域非常广泛。在天文领域，通过对天 体的辐射特性进行研究，可以深入了解天体的组成和演 化过程；在气象领域，通过对地球表面和大气的辐射特 性进行测量和计算，可以预测天气和气候变化；在环保 领域，可以利用辐射度学的方法监测环境污染和评估环 境质量；在能源领域，可以通过研究物质的辐射特性， 实现能源的高效利用和节能减排。此外，辐射度学还在 医学、农业等领域有着广泛的应用。
详细描述
光度量是用来描述光的特性的物理量。其中，光通量表示光的总量，发光强度表示光源在一定方向上 发射光的强度，照度表示光照在物体表面的强度，光色则涉及到人对光的视觉感知。
光度学的应用领域
总结词
光度学的应用领域广泛，包括照明设计、显 示技术、摄影和医学影像等。
详细描述
光度学在各个领域都有重要的应用价值。在 照明设计领域，光度学为提高照明质量和能 效提供了理论支持；在显示技术领域，光度 学帮助优化屏幕亮度和色彩表现；在摄影和 医学影像领域，光度学则有助于获取高质量 的图片和影像。
03
辐射度学与光度学的关系
辐射度学与光度学的联系来自1 2两者都是研究光和辐射的学科
辐射度学主要研究光和电磁辐射的能量和功率， 而光度学则关注光的质量和视觉感知。
共同的理论基础
两者都基于物理光学和电磁理论，研究光和辐射 的传播、吸收、散射和发射等特性。
3
交叉应用领域
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射 度学和光度学有交叉应用，相互补充。
04
辐射度学与光度学的应用 实例
辐射度学的应用实例
太阳辐射测量
辐射度学可以用于测量太阳辐射，包括紫外、可见和红外 波段的辐射能量，对于太阳能利用和气象观测具有重要意 义。

辐射度与光度学基础知识课件

辐射度与光度学基础知识课件
详细描述
辐射度学主要研究电磁波的发射、传播、吸收、散射和转换等过程，以及这些 过程中电磁波的能量分布和传输规律。它涉及到电磁波与物质相互作用的基本 规律，是光学、光谱学、热力学等多个学科的基础。
辐射度学单位
总结词
辐射度学中常用的单位包括瓦特、焦耳、坎德拉等，用于描述电磁辐射的能量、功率和亮度等物理量 。
照明工程中的辐射度和光度学的综合应用
在照明工程中，辐射度和光度学是相 辅相成的两个领域，综合应用可以更 好地满足实际需求。
综合应用还体现在照明设计过程中， 需要综合考虑光源的辐射特性和光照 效果，以及人类视觉感知的需求，以 实现最佳的照明效果。
通过结合辐射度和光度学的原理，可 以更精确地控制光源的辐射特性和光 照效果，提高照明质量和效率。
照明工程中的辐射度学应用
辐射度学是研究光辐射在空间分布、传输和度量的科学，在照明工程中有着广泛的 应用。
利用辐射度学原理，可以精确测量和控制光源的辐射特性，如光谱分布、光强空间 分布、辐射温度等，从而优化照明系统的性能。
辐射度学还用于研究光环境对人类视觉感知的影响，为照明设计提供科学依据，提 高照明质量和舒适度。
详细描述
辐射度学涉及一系列物理量，这些物理量用于描述电 磁波的各种特性。其中包括辐射能量（描述电磁波携 带的能量大小），辐射通量（描述单位时间内通过某 一面积的能量大小），辐射强度（描述光源在某一方 向上发射的光的强度），辐射亮度（描述物体表面反 射或发射光的亮度）。这些物理量在研究电磁波的发 射、传播、吸收、散射和转换等过程中具有重要意义 。
详细描述
流明是光通量的单位，表示单位时间内发出的光的总量。坎德拉是发光强度的单位，表示单位方向上单位立体角 内发出的光的强度。勒克斯是光照强度的单位，表示单位面积上单位立体角内发出的光的强度。这些单位在光度 学中具有重要地位，用于描述光辐射的度量和性质。

光电技术基础 第一章 辐射度量与光度量PPT课件

光电技术基础 第一章 辐射度量与光度量PPT课件
M bT,ldl2lh5c2echd lklT1
Байду номын сангаас36
常数的确定
得到物理常数的精确数值
4 5.673×10-12瓦／厘米2·K4
如果以微米为波长的单位，温度用 绝对温标，则位移定律可写成
lm T28983000
37
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
瓦，W=J/s 辐射强度Ie
点光源发出，单位时间、单位立体角所辐射出
的能量，Ie=dFe /dw
瓦/球面度，W·sr-1
12
辐射度量与单位
辐射出射度Me 辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率，Me=
dFe /dA
瓦/平方米， W·m-2 辐射亮度Le
由辐射表面定向发射的辐射强度，与辐射体表面
认为这些微粒在均匀媒质中沿直线方向等速飞行 直线传播 反射与折射 衍射、干涉、偏振？
4
惠更斯、杨氏、费涅耳
光的波动学说
光是发光材料中分子振动的结果。这些振动 通过一种假象的弹性媒质，以水波一样的方 式传播出去。 衍射 干涉 偏振
5
麦克斯韦
1860年提出光是电磁波
1860年，麦克斯韦电磁理论建立后，才认识到光是一种电磁现象，原来光和无线电波 一样，也是一种电磁现象，只不过光的波长比无线电波短的多而已。
M
Mb
这就是说，不管什么物体，吸收比愈大，
它发射辐射的辐射出射度也就愈大，但
两者的比值却是不变的，都等于同一温
度的黑体的辐射出射度。
29
能级概念的解释

1辐射度与光度学基础知识

1辐射度与光度学基础知识
波长无关，那么可把物体叫作灰体(grey body)， 否 则叫选择性辐射体。
1.4 黑体辐射
2.黑体辐射的三个基本定律 （1）普朗克辐射定律
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
Eb
c15 ec
2
( T )
1
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
1
d T 4
式中，σ= 5.67×10-12 w/(cm2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
黑体辐射函数 黑体在波长λ1和λ2区 段内所发射的辐射度， 如图1-5所示。
图1-5 特定波长区段内的黑体辐射
1.4 黑体辐射
（3）维恩位移定律
峰值光谱辐射出度Me,s, λm所对应的波长λm与绝对温
Φe（λ）
Φe(λ)=d Φe / d λ
图1-2 光谱辐射通量与波长关系 0
λ λ +d λ
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
1.3 光度量的基本物理量
发光强度Iv 发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐 射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度 规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是 国际单位制中七个基本单位之一。 光通量Φv 光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。 单位：流明［lm］。 光照度Ev 单位面积所接受入射光的量 ，单位：勒克斯 lx，相 当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。
1.3 光度量的基本物理量
结论
光度量和辐射度量的定义及表达式是一一对应的。
辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光 度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意 义。

辐射度与光度学的基础知识

辐射度与光度学的基础知识

Xνλ——光度量；Xeλ——辐射量； Km是常数；V(λ)光谱光视效率。 5. 明视觉和暗视觉：人眼在环境亮度不同时对 颜色的视觉效率不同。 明视觉：光亮度大于几个cd/m2 暗视觉：光亮度小于0.01cd/m2
二、光度的基本物理量
1. 光通量
单位时间内光源发出的光能量（功率）
780nm
K m
注:
1. 光度量的定义和辐射度量的定义只一字之差，‚
2. 3. 4. 5. 辐射‛——“光‛。 下角标有e、λ、ν，辐射量在与其它量同用时 标e。 从表达式可直接说出定义及物理意义 从表达式可直接说出单位 出射度和照度的表达式相同、单位也相同，注 意一个是发射，一个是接收。
三个发射量的区别和关系
是辐射量对人眼视觉的刺激值。是主观的,不管辐射量大小 ,以看到为准。光谱光视效率是评定该刺激值的参数。 基本物理量是发光强度，单位坎德拉。一个光源发出频率 为540*1012Hz的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度
为1/683W/sr,则该光源在该方向上的发光强度为1cd。
一、光谱光视效能和光谱光视效率
光谱光视效能（K） ，描述某一波长的单色光辐射 通量产生多少相应的单色光通量。即光视效能K定 义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比值， 即
Φ ——在波长λ处的光通量 Φeλ ——在波长λ处的辐射通量 单位：流明/瓦特（lm/W）。
νλ
通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率
5401012Hz（波长555nm）处，K有最大值，其
黑体 在物理学中，所谓黑体，是指这样 一种物体，在任何温度下，它将入射的任 何波长的电磁波全部吸收，没有一点反射， 而在相同温度下，它所发射出的热辐射比 任何其他物体都强。 光有多种颜色组成, 黑色吸收所有颜色,不反射任何颜色,即没 有光线进入眼睛时,称之为黑色。如果一个 物体能够全部吸收而不反射投射于其上的 辐射,就称它为绝对黑体,简称为黑体。

辐射度学与光度学的基础知识课件

辐射度学与光度学的基础知识课件
共同的理论基础
两者都基于物理光学和电磁波理论，研究光与物质的相互作用以及 光的传播、散射、吸收等特性。
交叉应用
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射度学与光度学的知 识是相互补充的。
辐射度学与光度学的区别
研究重点不同
辐射度学更注重光辐射的物理特 性和能量测量，而光度学则关注 光对人眼的视觉效应和光照度的
度量。
测量对象不同
辐射度学测量的是光辐射的能量和 功率，而光度学则测量光照度和亮 度等视觉感知相关的参数。
应用领域有差异
辐射度学在能源、环境监测等领域 有广泛应用，而光度学在照明设计、 视觉科学等领域更为常见。
辐射度学与光度学的应用领域
能源与环境监测
照明工程
辐射度学用于测量太阳辐射、红外辐射等 能源相关领域的光辐射参数，以评估能源 利用效率和环境影响。
仪器性能测试
利用光度学参数对光学仪 器进行性能测试和校准。
视觉科学
研究人眼对光的响应和视 觉感知，提高视觉舒适度 和视觉效率。
在辐射测量和检测技术中的应用
辐射度测量
测量光辐射的能量和功率，用于 太阳能利用、激光技术等领域。
辐射安全与防护
评估辐射对人体的影响，制定辐 射安全与防护措施。
检测技术
利用光度学原理发展各种检测技 术，如光谱分析、荧光分析等。
05 辐射度学与光度学的未来 发展
新的物理量和单位的发展
新的物理量
随着科技的发展，辐射度学与光度学 中可能会引入新的物理量，如光子能 量、光子流密度等，以更好地描述光 辐射和光传输过程中的特性。
新的单位
为了适应新的物理量，可能需要发展 新的单位，如光子能量单位“电子伏 特”等，以提供更准确、更一致的度 量标准。

第1章 辐射度与光度学

第1章 辐射度与光度学

光电技术郎婷婷赛北412-1 86914586langtingting@答疑时间：周三下午14:00~16:00主要内容§1.1 辐射度的基本物理量§1.2 光度的基本物理量12§1.3 辐射度与光度中的基本定律13第一章辐射度与光度学的基础知识•辐射度量：用能量单位描述光辐射能的客观物理量。

•光度量：光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的度量，具有标准人眼视觉特性的人眼所接收到的辐射量的度量。

电磁波频谱1-1-1 §立体角的概念•在圆球表面上切出一小圆面积S ，圆球半径为r ，则立体角定义为：2S =Ω•(steradian)sr r单位：球面度，(ste ad a )，s 平面角与立体角之间的近似关系式21παΩ≈平面角与体角之间的似关系式4Q ：整个圆球的总立体角为？半球呢？立体角和平面角αΩ参考书：《光辐射测量》吴继荣，叶关荣主编，机械工业出版社1-1-2 §辐射度的基本物理量•radiant energy 辐射能（radiant energy ）Q e以辐射的形式发射、传播或接收的能量，单位J •辐射通量（radiant flux ）Φe 辐射能随时间的变化率，单位WdQ dt e e =Φ辐射出射度和辐射照度••辐射出射度：面辐射源表面单位面辐射照度：接收面上单位面积所积发射的辐射通量，单位W/m 2被照射的辐射通量，单位W/m 2dS d M e e Φ=dAd Ee e Φ=对于受照后成为面辐射源的表面，其辐射出射度正比于辐射照度ee kE M=辐射出射度和辐射照度的定义图radiant intensity 辐射强度（y ）•在给定方向上的单位立体角内，离开辐射源的辐射通量。

单位W/srΩΦd d I e e =d Φe 点辐射源的d ΩS I e= d Φe /d Ω辐射强度•Q ：各向同性的点辐射源在有限立体角内发射的辐射通量为？全空间？L 辐射亮度e•辐射源表面一点处的面源在给定方向上的辐射强度，除以该面元在垂直于该方向的2平面上的正投影面积。

辐射度与光度学的基础知识

辐射度与光度学的基础知识

3.辐射出射度—描述面光源的发射
辐射体单位面积上（通常为向半空间）发 射的辐射通量，单位为W/m2
M
e
dΦe dS
4.辐射照度—描述面对辐射的接收
接收面单位面积上（通常为从半空间）接 收的辐射通量，单位为W/m2
Ee
dΦe dS
5.辐射强度(Ie)--描述点光源的发射 辐射强度Ie定义为:点辐射源在给定方向上 单位立体角内发射的辐射通量
光电仪器中的常用光源
光辐射探测器的理论基 础
真空光电器件
半导体光电导器件
半导体结型器件
背景
光学系统
目标
调制器
真空成像器件 固体成像器件 热探测器 光辐射的调制 直接探测和相干探测 光电检测电路设计
偏置电路
光电 探测器
前置 放大器
信号 处理
显示
光电检测电路
本课程要求
掌握辐射度、光度学和探测器的物理基础 熟悉光电器件特点及性能参数，能正确选用光
其中一朵与黑体辐射有关
1. 基尔霍夫热辐射定律
描述热平衡下物体的辐射与吸收的一般规律
基尔霍夫热辐射定律
同一热平衡体系中，所有物体的光谱辐射出射度 与吸收比的比值是相同的，并等于平衡体系中的 光谱辐照度。
光谱辐射吸收比
定义:a(λ,T)=Me (λ,T)/Ee (λ,T) Me (λ,T)为其光谱辐射出射度 Ee (λ,T)为热平衡温度T时投射到物体上的光谱辐
习题2
如图所示，求亮度为L的朗伯面元对张角为 a的立体角内辐射的通量
解: L dI d2
dS cos dΩdS cos d2 LdΩdS cos
LdS cos sin d d
a 2
2 LdS cos sin d d LdS sin2 a

辐射度和光度学基础

辐射度和光度学基础


e de / d

若按光谱积分该函数，则可求得总的辐射通量值：
e e d
0
辐射度的基本物理量

前面介绍的几个重要的辐射量，都有与光谱辐射通量有相对应的关系， 如光谱辐照度Ee(λ) =dEe/dλ、光谱辐射出射度Me(λ)=dMe/dλ等， 其总辐射度量的积分形式也类似，我们将其列于表1－1中。
dI e d 2 e Le dS cos d dS cos

Lλ,b,N(λ,T)为黑体在辐射面法线方向的光谱辐射亮度。如果把ε’λ对半 球空间取平均值，就用“半球”来表示此平均值。
cos ' , , , T L ,b,N , T d ' , , , T L ,b,N , T d 0 ' , , T 0 T 4 cos L ,b,N , T d
第一章 辐射度和光度学基础
§1－1
辐射度量与光度学量
§1－2辐射度学与光度学中的基本定律

§1－3 辐射能的传输基础
§1－1 辐射度量与光度学量－引言



辐射度学（radiometry）或称辐射测量，是测量电磁波所传 递的能量（电磁辐射能）或测量与这一能量特征有关的其它 物理量的科学技术。人类生活在电磁辐射的环境中，被天然 的或人工的电磁辐射所包围，因此，在测量和控制这种辐射 能方面会有很多要求。在整个电磁频谱范围内，不同的频谱 段，应采用不同的辐射能测量方法。辐射度学量表示辐射能 的大小，基本量是辐射功率或辐射通量，单位是瓦特（W）。 辐射度学适用于整个电磁波谱，主要用于X光、紫外光、红外 光以及其他非可见的电磁辐射。所涉及的论题非常广泛，包 括辐射能的基本概念、辐射能的传输、变换以及仪器的辐射 度学校准或标定。 光度学适用于波长在0.38μm~0.78μm范围内的电磁辐射－ 可见光波段，它使用的参量称为光度学（photometry）量。 以人的视觉习惯为基础建立。辐射度学量是用能量单位描述 光辐射能的客观物理量。光度学量描述光辐射能为人眼接受 所引起的视觉刺激大小的强度，是生理量。光度学量的基本 量是光通量，单位是流明（lm）。

第1章辐射度学与光度学

第1章辐射度学与光度学
辐射度学 光度学 色度学
绪论
绪论
绪论
基本问题
• 辐射度学： 电磁辐射能的度量与测量： 研究：电磁辐射能量的定义和测量方法。建 立统一的标准。是单纯的客观物理量的问 题 应用：（所有电磁信息测量问题）宇宙光学 、热辐射、
遥感、光与物质的相互作用（光化学技术、光生物技术、 光的热加工），激光技术等领域

ds
d
照度计
一些实际情况下光照度近似值 （lx)
• 晴朗的夏日采光良好的室内照度——100~500 • 夏天太阳不直接照到的露天地面照度： 1000~10000 • 正午露天地面照度——100000 • 工作场所必须照度：——20~100 • 满月夜空在地面的照度：——0.2 • 无月夜空光在地面的照度：——3/10000
附： CIE中间视觉系统 the intermediate sysytem
• CIE2010年发布：CIE191:2010技术报告 • 本报告研究过渡光度视场下的视觉实践，主要 目标是建立过渡光谱灵敏度函数，以作为过渡光 度系统的基础。对夜间前后驾驶的典型视场条件 范围和视觉状况做了评价。 • 以新的、独立的数据对现有的基于过渡光度系 统的视觉特性做了检测与评价，测试与分析的结 果被推荐为基于视觉特性的过渡光度学系统。报 告论述了被推荐系统的合理性并给出了应用的一 般指导方针。
§1-1 辐射度学的基本物理量
• 辐射能： Qe • 以辐射形式发射、传播或接收的能量。 • 单位为焦耳——J • 一般可描述辐射能的积累。
e 辐射通量：
（辐射功率
Pe ）
• 定义：以辐射形式发射、传播或接收的功率
（单位时间内的辐射能）单位为W（瓦—焦耳 每秒）。 • 意义：描述光源发射辐射的能力。 • （描述辐射源的时间特性-能量的时间密度）。

辐射度与光度学的基础知识

辐射度与光度学的基础知识

辐射度与光度学的基础知识目录一、辐射度学基础知识 (3)1. 辐射度概念及原理 (4)1.1 辐射度的定义 (5)1.2 辐射度的物理量及其单位 (5)1.3 辐射源的类型与特点 (6)2. 辐射的传播与转换 (7)2.1 辐射的传播方式 (8)2.2 辐射能的转换与传输 (10)2.3 辐射强度的衰减规律 (11)二、光度学基础知识 (12)1. 光度学概述 (13)1.1 光度学的定义与目的 (14)1.2 光学系统的基本组成 (15)1.3 光度学与辐射度学的关系 (16)2. 光学量的测量与计算 (17)2.1 光照度及其测量 (18)2.2 亮度及其计算 (19)2.3 色温与显色指数 (20)三、辐射度与光度在照明设计中的应用 (21)1. 照明设计基本原理 (22)1.1 照明设计的基本要求 (23)1.2 照明设计的步骤与方法 (24)1.3 照明设计的注意事项 (25)2. 辐射度与光度在照明设计中的应用实例 (26)2.1 室内照明设计 (27)2.2 室外照明设计 (28)2.3 特殊场合照明设计 (30)四、辐射安全与防护 (32)1. 辐射安全基础知识 (33)1.1 辐射的种类与特点 (35)1.2 辐射对人体的影响 (36)1.3 辐射安全标准与规范 (37)2. 辐射防护措施及方法 (38)2.1 时间防护 (39)2.2 距离防护 (40)2.3 屏蔽防护 (41)2.4 个人剂量监测与健康管理 (42)五、实验及案例分析 (43)1. 实验教程 (45)1.1 实验一 (46)1.2 实验二 (47)1.3 实验三 (48)2. 案例分析 (49)2.1 案例一 (50)2.2 案例二 (51)一、辐射度学基础知识辐射源与辐射类型：辐射源是发出辐射能量的物体或点。

辐射可以是电磁辐射，如可见光、红外线和紫外线等；也可以是粒子辐射，如电子和光子等。

在光度学中，主要关注的是电磁辐射。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（R）+（G）+（B）=（W）。
X、Y、Z分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量，称 为光谱三刺激值。
B4 Project Confidential
颜色与色度
色度坐标
在理论上，为了定量地表示颜色，采用色度坐标
x
X X Y Z
y
Y X Y Z
z
Z X Y Z
x、y、z分别是红、绿、蓝三种颜色的比例系数，
x y z 1
所有的光谱色在色坐标上为一马蹄形 曲线，该图称为CIE1931色坐标。围成的 三角形内的所有颜色可以由三基色按一定 的量匹配而成。 国际照委会制定的CIE1931色度图如 右图。色度图中的弧形曲线上的各点是光 谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种 颜色的色度坐标。红色波段在图的右下部， 绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左 下部。靠近图中心的C是白色，相当于中午 阳光的光色，其色度坐标为x＝0．3101， y＝0．3162。
返 回 上 页 下 页
(3) 由照度的定义得该面元dA上的照度为: (4) (4)为照度E与距离r之间的反比定律。
注:电源成立的条件是光源极小或极远。
朗伯辐射体及其辐射特性

对于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就是两种典型的朗伯体。在 实际问题的分析中，也常采用朗伯体作为理想的模型。
弦成正比，即朗伯余弦定律。
z
d
dr
r sin d rd
球面坐标系中的体积元素为
r sin
r

d
dS r sin d d ,
2
o

y
d
x
1.4 朗伯辐射体及其辐射特性
朗伯体辐射出射度与辐亮度的关系 极坐标对应球面上微面元dA的立体角dΩ
d dA sin dd r2
Φ0=4πr02M0=3.821×10 26(W)
太阳的辐射强度: I0=Φ0/4π=3.041×1025(W/sr) 地球对太阳的立体角: Ω=πre2/l2=5.703×10-9 (sr) 地球接收到的太阳的辐射通量: Φe= I0Ω=1.734×1017(W) 地球大气层边沿的辐照度: Ee= I0/l2=1358.79 (W/m2)
发光体（太阳光）的显色性Ra=100。即任何物体在 太阳光的照射下，该物体具有最真实的颜色或质感
显色性好（Ra>70）
显色性差(Ra<65)
光谱功率分布
自然光源和人造光源大都是由多单色光组成的复 色光。不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱功 率，常用光谱功率分布来进行描述。决定光源颜色 的客观因素就是它的光谱功率分布；
若令其最大值为1，将光谱功率分布进行归一化， 典型白光LED相 那么经过归一化后的光谱功率分布称为相对光谱功 对光谱分布曲线 率分布。

1.4 朗伯辐射体及其辐射特性
朗伯余弦定律 按照朗伯辐射体亮度不随角度θ 变化的定义，朗伯体反射或发射辐射的 空间分布可表为
I0 I L dA dAcos
I I 0 cos
理想漫反射体 单位表面积向空间指定方向单位立体角内发射
（或反射）的辐射功率（亮度）和该指定方向与表面法线夹角的余
波方向移动,所以色温较高的光源，其发出的辐射能 较多地分布在波长较短的绿光和蓝光之中；而色温 较低的光源，其辐射能较多地分布在波长较长的红 光中。因此，在上述几种标准白光中，色温较低者， 偏红；色温较高时，偏蓝。
• • • • • • • •
不同色温的效果 3000K 黄色光，强穿透力 4200K 白中带黄，原车配氙气灯 5000K 光全白，欧规最高色温 6000K 光全白，略带蓝色 6500K 阳光下的白天 7000—8000K 白中明显带蓝 8000K以上 蓝光，穿透力极差
总辐射出射度为
4
=248.7Wcm-2μm-1
8 4 4 2
M e,s, 2856 5.67 10 2856 3.77 10 W / m
郎伯余弦定律
1.郎伯余弦定律
(1) 点源 从强度为I的点源辐射到立体角Ω的通量:
(1) 若点源向各个方向的辐射是均匀的,则总的通量为: (2) 若照射一个小面元dA, dA的法线与dA到点源的连 线r的夹角θ,则照到dA上的通量为:
利用配光曲线，提高光的利用率
光源的分布温度
用黑体辐射特性近似表示一般非黑体辐射光
源的辐射特性，黑体的温度决定了它的光辐射特 性，对非黑体辐射，它的某些特性常可用黑体辐 射的特性近似的表示。对于一般光源，经常用分 布温度、色温或相关色温表示。
辐射源在某一波长范围内辐射的相对光
谱功率分布与黑体在某一温度下辐射的相对 光谱功率分布一致，那么该黑体的温度就称 为该辐射源的分布温度。
例题： 已知太阳辐亮度 L 0 等于 2 × 10 7 Ｗ /(m 2 · sr) ，太阳的半径 r 0 等于 6.957×108m，地球的半径re为6.374×106m，太阳到地球的年平均距离l为 1.496×1011m，求太阳的辐射出射度M0、辐射强度I0、辐射通量Φ0以及地 球接收的辐射通量Φe、地球大气层边沿的辐照度Ee。 解: 太阳可假定为朗伯光源，则太阳的辐射出射度: M0=πL0=6.2832×107 (W/m2) 假定太阳为一均匀发光体，则太阳的辐射通量:
设朗伯微面元dS亮度为L，则辐射到dA上的辐射通量为
d 2 P L cos sin dSd d
在半球内发射的总通量P为
P LdS d
0 2
/2
0
cos sin d LdS
朗伯体辐射空间坐标
根据出射度的定义，得
M P L ds
1.4 朗伯辐射体及其辐射特性
光的三原色
三原色
附：当这三原色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907： 0.0601时就能匹 配出等能白光，所以C量， 即（R）：（G）：（B）=1：1：1。 尽管这时三原 色 的亮度值并不等，但CIE却把每一原色的亮 度值作为一个单位 看待。所以红、绿、蓝三原色光等比例混 合结果为白光，即
T=36.5+273=309.5K，根据斯特藩-波尔兹曼辐射
定律，正常人体所发出的辐射出射度为
M e,s, 309.5 520.3W / m
4
2
5.67 108 Wm2 K 4
• （2）由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为
2898 (μm)=9.36μm m T
例1-1 若可以将人体作为黑体，正常人体温的为 36.5℃，（1）试计算正常人体所发出的辐射出射 度为多少W/m2？（2）正常人体的峰值辐射波长
为多少μ m？峰值光谱辐射出射度Me,s,λ m为多少？
（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发 烧时的峰值光谱辐射出射度Me,s,λ m又为多少？ 解 （1）人体正常体的绝对温度为
光源的色温
辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐
射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射 源的色温。
请注意，光源的色温与光源本身 的温度是两回事，通常两者是不相 同的。例如白炽灯光源本身温度为 2800K，但其色温是2845K。 LED…
光源的色温
当绝对黑体的温度增高时，最大的发射本领向短
三基色是相互独立的，其中任一色均不能由其它 二色混合产生。它们又是完备的，即所有其它颜色都可 以由三基色按不同的比例组合而得到。有两种基色系统， 一种红、绿、蓝；另一种是黄、青、紫（或品红）。
红＋绿＝黄 红＋蓝＝紫 蓝＋绿＝青 红＋蓝＋绿＝白
用C代表一种颜色，（R）、（G）、（B）表示红、绿、蓝 三基色，则： C X( R) Y(G) Z( B) 其中，(R)、（G）、(B)表示代表产生混合色的红、绿、蓝三 原色的单位量；
峰值光谱辐射出射度为
M e ,s , m 1.309 T 5 1015 Wcm-2μm-1
=3.72 Wcm-2μm-1
（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为
2898 m 9.32μm 273 38
发烧时的峰值光谱辐射出射度为
M e,s, m 1.309T 5 1015 =3.81Wcm-2μm-1
B4 Project Confidential
不同色温的光源在色度图 中的位置，可见不同色温 的光，其颜色也不同。
光源的颜色
色表：眼睛直接观察光源时看到的颜色，即色
表，是衡量光源色的指标。 高压钠灯：黄色；荧光灯：白色
显色性：光源照射到物体后，人眼所看到
的物体外观呈现的色彩客观效果。用显色指 数Ra表示，是衡量光源视觉质量的指标。
光源的相关色温

人工光源中，只有白炽灯与黑体加热发光相似，其色 温为2856K，呈现的昏黄色与黑体在2856K时发出的颜色一 样，而灯丝也接近此温度。其它人工光源的光色，不是黑
体辐射，只能比照黑体辐射同颜色时的温度。
对于一般光源，它的颜色与任何温度下的黑
体辐射的颜色都不相同，这时的光源用相关色温 表示。在均匀色温度图中，如果光源的色坐标点 与某一温度下的黑体辐射的色坐标最接近，则该 黑体的温度称为该光源的相关色温。平时我们所 说的色温大多是指相关色温。
光谱功率分布
P
P
P
P
0 (a) 线状光谱
低压汞灯 激光
0
(b) 带状光谱
高压汞灯 高压钠灯
0
(c) 连续光谱
热辐射光源 钨灯
0
(d) 混合光谱
日常荧光灯

典型光谱功率分布曲线
空间光强分布
对于各向异性光源，其发光强度在空间各方向上是不相同
的，若在空间某一截面上自原点向各个径向取矢量，就得到 了光源在该截面的发光强度曲线，即配光曲线。配光曲线表 示一个灯具或光源发射出的光强在空间中的分布情况。