第六章辐射度学和光度学基础应用光学PPT课件

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应用光学讲稿
• 光视效能
dk()d ek() ed
0
0
0
• 其中k(λ):光谱光视效能 • Фeλ光谱密集度
e ed 0
k
e
k ( ) e d
0
e d
0
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应用光学讲稿 • 光视效能表示辐射体消耗1W的功率所发出的流明数 • K越大，意味着光源的发光效率越高 • 例如 • 钨丝灯： k=8~9.2 流明/瓦 • 日光灯： k=27~41 流明/瓦
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： r 2
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• 以应A为用球光心学，讲以稿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
dФe
0
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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)
V() Ie(555) Ie()
• 人眼对λ＝555nm的视觉敏感度最大， V(λ)=1 • V(λ) ≤ 1
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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)=0.631
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 只需要辐射体B强度的一半。
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应用光学讲稿 • 6-4 光度学中的基本量
• 一. 光通量
• 人眼接收的辐射通量为
• 设在 波长范围内辐射功率
e li m 0 dd
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应用光学讲稿
• 上式也可以写成 • 总的辐射功率
e e d
0
e e d
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
• 单位：勒克司＝流明/平方米 , lx ，lx=lm/m2 • 房间里照明情况的好坏是由光照度决定的
应用光学讲稿
第六章 辐射度学与光度学基础
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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
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应用光学讲稿 6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用
• I=683.V(λ).Ie
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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＝1cd, dΩ =1sr
dФ＝I.dΩ
• 1 lm = 1cd. Sr
• 光谱光视效能k(λ) • dФ＝C.V(λ). dФe • k(λ)=C.V(λ)=683V(λ) • dФ＝k(λ). dФe • 最大光谱光视效能km • km=683(cd.sr)/w
A
dΩ
• 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
Ie 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
I d
d
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应用光学讲稿
• 含义：按人眼视觉强弱来度量的辐射强度
I C.V (). de
Ie
d e d
N
dФe
• 单位是瓦/球面度, W/sr
α dΩ 0
A
ds
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应用光学讲稿
• 三. 辐出射度，辐照度
• 在A点处取微小面积ds，
• 假定在ds辐射出的辐射通量为dФe，
• 则辐出射度为
Me
de ds
dФe
A ds
• 如果是被辐射，则为辐照度
Ee
de ds
• 单位：瓦特/平方米, W/m2
一、立体角的意义和单位
平面上的角：
B
弧度
AOB AB弧度
0
rA
r
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应用光学讲稿
空间上的角：立体角 s
o
Ω
一个任意形状的封闭锥面所包含的空间成为立体角
s Ω＝ r 2
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＝r2＝ Nhomakorabeaπ4
应用光学讲稿 二、立体角的应用
如果 u 角较小，则 ＝ u 2
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应用光学讲稿
6－2 辐射度学中的基本量
• 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 e表示
• 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 e 表示辐射通量按波长分布的特性
• 问题：为什么用手摸日光灯，不烫手 而摸白炽灯却烫手？
• 钨丝灯： k=8~9.2 流明/瓦 • 日光灯： k=27~41 流明/瓦 • 据报道，全国约有15亿只白炽灯
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应用光学讲稿
• 三.光出射度 • 发光体表面不同位置的发光特性
M d ds
• 四.光照度
dΦ ds
B
dΦ A ds
E d ds
ds 2 r 2 sin d
u
s 2 r 2 sin d 2 r 2 cos u 0 0
2 r 2 (cos u cos 0 ) 2 r 2 (1 cos u )
2 r 2 2 sin 2 u 4 r 2 sin 2 u
2
2
s r2
4
sin
2
u 2
d
I C.V ().Ie
• 单位：坎，坎德拉, cd。如果发光体发光的波长为555nm，
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并且在指定方向上的辐射强度为
Ie
(W/sr) 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)=1, Ie=1/683, I=1cd代入
•
C=683(cd.sr)/W
dФe
A ds
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应用光学讲稿
• 四. 辐亮度
N
• 在A点周围取微面ds，在
• AO方向取微小立体角dΏ
α dΩ
• 设在AO方向上的投影面积为dsn • dsn=ds.cosα
A ds
• 设在AO方向上的辐射强度为Ie，则辐亮度为
• 因为 • 所以
Ie
d e d
Le
de dsnd
Le
Ie ds n
• 单位：瓦特/（球面度.平方米），W/(sr.m2)