辐射度学与光度学基础

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1、应用光学讲稿第六章辐射度学与光度学基础应用光学讲稿概述▲光学系统是一个传输辐射能量的系统▲能量传输能力的强弱，影响像的亮暗▲辐射度学：研究电磁波辐射的测试、计量和计算的学科▲光度学：在人眼视觉的基础上，研究可见光的测试、计量和计算的学科应用光学讲稿6-1立体角的意义和它在光度学中的应用一、立体角的意义和单位B平面上的角：弧度0ArABAOB弧度r应用光学讲稿空间上的角：立体角soΩ一个任意形状的封闭锥面所包含的空间成为立体角sΩ＝2r若在以r为半径的球面上截得的面积s=r2，则此立体角为1球面度。s整个空间球面面积为4πr2,对应立体角为Ω＝＝4π2r应用光学讲稿二、立

2、体角的应用假定有一光学系统，对轴上点成像，孔径角为u，问这个圆锥角对应的立体角多大？s根据立体角的定义：2r应用光学讲稿•以A为球心，以r为半径作一球面，求出圆锥在球面上的面积s，除以半径r的平方即可将球面分成很多小环带，然后积分求s,小环带面积：ds=长×宽宽＝rd长＝2rsin2ds2rsinduu22s2rsind2rcos00222r(cosucos0)2r(1cosu)22u22u2r2sin4rsin22s2u4sin2r22如果u角较小，则＝u应用光学讲稿6－2辐射度

3、学中的基本量•一.辐射通量•单位时间内整个辐射体所辐射的总能量,用符号表示e•功率•辐射通量就是辐射功率，单位：瓦特，W•大部分辐射体辐射都有一定的波长范围，通常用辐射通量的光谱密集度曲线表示辐射通量按波长分布的特性e•设在波长范围内辐射功率dlime0d应用光学讲稿•上式也可以写成dee•总的辐射功率0dee0•二.辐射强度•辐射体在不同的方向上的辐射特性不同•在给定的方向上取立体角dΏ，在dΏ范围内的辐射通量为dФe，将dФe和dΏ的比值定义为在这个方向上的辐射强度deNdФeIed

4、αdΩ0•单位是瓦/球面度,W/srAds应用光学讲稿•三.辐出射度，辐照度•在A点处取微小面积ds，dФe•假定在ds辐射出的辐射通量为dФe，Ads•则辐出射度为deMeds•如果是被辐射，则为辐照度dФedeAEedsds•单位：瓦特/平方米,W/m2应用光学讲稿•四.辐亮度dФNdФe•在A点周围取微面ds，在•AO方向取微小立体角dΏαdΩ0•设在AO方向上的投影面积为dsnAds•ds=ds.cosαn•设在AO方向上的辐射强度为Ie，则辐亮度为IeLedsnd•因为Ieedd•所以eLedsdn•单位：瓦特/（球面度.平方米），W/(sr

5、.m2)应用光学讲稿应用光学讲稿6-3人眼的视见函数•亮暗的产生•视觉强弱与波长•视见函数V(λ)I(555)eV()I()e•人眼对λ＝555nm的视觉敏感度最大，V(λ)=1•V(λ)≤1应用光学讲稿举例：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)=0.631V(500)=0.323A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的辐射强度只需要辐射体B强度的一半。应用光学讲稿•6-4光度学中的基本量•一.光通

6、量dΩAIedФe•人眼接收的辐射通量为•dФe＝Ie.dΩ•视觉强弱与辐射通量和视见函数成正比•dФ＝C.V(λ).dФe•二.发光强度•在人眼观察方向上，人眼接收的光通量dФ与瞳孔所张的立体角dΩ之比，即发光强度dId应用光学讲稿•含义：按人眼视觉强弱来度量的辐射强度deIC.V().dIC.V().Ie•单位：坎，坎德拉,cd。如果发光体发光的波长为555nm，1I(W/sr)并且在指定方向上的辐射强度为e，683则发光体在该方向上的发光强度为1坎•坎德拉是光度学中的基本量•常数C，将V(λ)/d)=1,Ie=1/683,I=1cd代入•C=683(

7、cd.sr)/W•I=683.V(λ).Ie应用光学讲稿•光通量的单位•如果发光体在所观察的方向上的发光强度为1个坎德拉，则这个发光体辐射在单位立体角内的光通量为1个流明•I＝1d1cd,dΩ=1srdФ＝IdI.dΩ•1lm=1cd.Sr•光谱光视效能k(λ)•dФ＝CV(C.V(λ)d).dФe•k(λ)=C.V(λ)=683V(λ)•dФ＝k(λ)d).dФe•最大光谱光视效能km•k=683(dkm=683(cd.sr)/w应用光学讲稿•光视效能dk()dk()d