辐射度学与光度学基础知识
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辐射度学与光度学基本知识
（§1-5）了解几种常见激光器。
E、H
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
对于光辐射的探测和计量，存在着两套体系:
辐射度量:只与辐射客体有关的量,基本量是辐射通量 （又称为辐射功率）或者辐射能. 基本单位 是瓦特（W）或者焦耳(J)。适用于整个电 磁波段。
光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度， 基本量的是发光强度，基本单位是坎德拉 (cd)。只适用于可见光波段。
定义式
单位
辐射能 辐射通量
辐射出射度
辐射强度 辐射亮度 辐射照度
dQe＝ edt e(基本量) Me=de/dS Ie=de/d
Le=dIe/(dScos)
Ee=de/dA
J=Ws
W W/m2 W/sr
(W/sr)/m2
W/m2
光量 光通量 光出射度 发光强度 (光)亮度 (光)照度
dQv=v dt dv=Iv d Mv=dv/dS
回顾:
1.0
坎德拉定义中的 (1 的 光而言，就是1lm/sr, 即:1cd.
光视 效 率
0.8
V' 510nm 555V nm
0.6
0.4
暗视觉
0.2
明视觉
0.0
400
500
600
700
800
波 长 (nm)
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识 光通量(lm)与辐射通量(辐射功率,W)的换算：
＝ 555nm 的 单 色 光 视 效 率V=1, 为最大值.
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
光视效率(视见函数):
V
K Km
K 683
(1 13)
1.0
暗视觉相对于明
视觉蓝移.
E、H
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
对于光辐射的探测和计量，存在着两套体系:
辐射度量:只与辐射客体有关的量,基本量是辐射通量 （又称为辐射功率）或者辐射能. 基本单位 是瓦特（W）或者焦耳(J)。适用于整个电 磁波段。
光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度， 基本量的是发光强度，基本单位是坎德拉 (cd)。只适用于可见光波段。
定义式
单位
辐射能 辐射通量
辐射出射度
辐射强度 辐射亮度 辐射照度
dQe＝ edt e(基本量) Me=de/dS Ie=de/d
Le=dIe/(dScos)
Ee=de/dA
J=Ws
W W/m2 W/sr
(W/sr)/m2
W/m2
光量 光通量 光出射度 发光强度 (光)亮度 (光)照度
dQv=v dt dv=Iv d Mv=dv/dS
回顾:
1.0
坎德拉定义中的 (1 的 光而言，就是1lm/sr, 即:1cd.
光视 效 率
0.8
V' 510nm 555V nm
0.6
0.4
暗视觉
0.2
明视觉
0.0
400
500
600
700
800
波 长 (nm)
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识 光通量(lm)与辐射通量(辐射功率,W)的换算：
＝ 555nm 的 单 色 光 视 效 率V=1, 为最大值.
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
光视效率(视见函数):
V
K Km
K 683
(1 13)
1.0
暗视觉相对于明
视觉蓝移.
辐射度学与光度学基本知识
角。
辐射度学与光度学基本知识
定义:一个任意形状椎面所包含的空间 称为立体角。
符号：Ω 单位：Sr （球面度）
• 如图所示，△A是半径 为R的球面的一部分， △A的边缘各点对球心O 连线所包围的那部分空 间叫立体角。
• 立体角的数值为部分球 面面积△A与球半径平 方之比，即
A R2
辐射度学与光度学基本知识
Q是辐射能量。Φ与功率意义相同。（ ： 辐射通量与辐射功率P混用）
辐射度学与光度学基本知识
1.辐射强度：I
• 数学描述：若点辐射源在小立体角△Ω内的辐射 功率为△Φ，则△Φ与△Ω之比的极限值定义为辐 射强度.
lim I
0
单位：W/Sr （瓦/球面度）
• 物理描述：点辐射源在某一方向上的辐射强度， 是指辐射源在包含该方向的单位立体角内所发出 的辐射通量。
面积元△A向小立体角△Ω内发射的辐射功率 是二阶小量△(△Φ)＝△2Φ； • 在θ方向看到的源面积是△A的投影面积
△Aθ＝△Acosθ ，
辐射度学与光度学基本知识
• 因此，在θ方向上观测到的源表面上该位置
的辐亮度就定义为△2Φ与△Aθ及△Ω之比的 极限值
L
liAm00
2 A
2 A
2
A cos
辐射度学与光度学基本知识
§2-1 描述辐射场的基本物理量
• 一、立体角：
• 在光辐射测量中，常用的几何量就是立
体角。立体角涉及到的是空间问题。任
一光源发射的光能量都是辐射在它周围
的一定空间内。因此，在进行有关光辐
射的讨论和计算时，也将是一个立体空
间问题。与平面角度相似，我们可把整
个空间以某一点为中心划分成若干立体
第讲 辐射度学与光度学的基础知识
I I0 I I 0 cos dA cos dA
I0
L L
Iθ
θ
L
L dA
L
L
dA
朗伯余弦定律（2）
M L cos d L cos d dS rd d r sin d 2 sin d d 2 r r M L
S2
S1
θ
S3
x
作业题
1. 2. 3. 4.
5.
求光辐射的频率范围？ 波长为1μm的一个光子能量具有多少 eV ? 一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地 面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面上的 照度为30lx，求该灯的光通量？ 一支氦氖激光器发出的激光束光通量为0.36lm， 该激光束的平面发散角为1mrad，激光器的放电 毛细管直径为1mm，求该激光束的发光强度、 光亮度和光出射度？ 某曝光计之受光片为一直径为4cm的黑色圆形金 属板，中心最大辐照度为5W/cm2，边沿最小辐 照度为1W/cm2，从中心到边沿，辐照度按直线 规律变化，求照射在受光片上的辐射通量和平 均辐照度？
距离平方反比定律
点源在接收面上产生的照度
d I d Ex dA dA dA cos I 2 l dA I cos l2
I
dΩ n
l θ
x
dA
A
面源在接收面上产生的照度？《教材》P37 图2-8
朗伯余弦定律（1）
朗伯辐射体：辐射亮度与辐射方向无关 （漫反射体） Lθ = L0 = L
辐射度学与光度学的概念
辐射度学 研究电磁波辐射能量的测试和计量的一门科学 辐射度量 用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量 光度学 研究可见光能量的测试和计量的一门科学 光度量 人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量
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。
辐射度学和光度学基础
辐射度学和光度学 基础
第12章 辐射度学和光度学基础
§12-1 辐射度学的基本物理量 §12-2 光度学的基本物理量 §12-3 照度定律
辐射度学与光度学
辐射度学(Radiometry )是研究电磁辐射能测量的一 门科学. 辐射度量是用能量单位描述光辐射能的客观物理量.
光度学(Photometry )是照度Ee与辐出度Me混淆起来。虽然两者单位 相同，但定义不一样。辐照度是从物体表面接收辐射通 量的角度来定义的，辐出度是从面光源表面发射辐射的 角度来定义的
deIdeI0cos 余弦辐射体或朗伯体
沿其法线方向的辐射强度
余弦辐射体的辐射亮度
Le
dI e 0 dA
Le 0
可见:余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角 无关。
余弦辐射体的辐射出射度
Me
de dA
Le0
六 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。
单位：瓦特每平方米（W/m2）
10nm ~ 1mm，或频率在310 Hz~310 Hz范围内。 沿其法线方向的辐射强度
8nm的激光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系为
，若波长63126.
11
余弦定律同理可用于光照度上
一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分 8nm光波的光谱光效率 ＝0.
8nm的激光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系为
与辐射度量体系不同，在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉。 辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可见光和红外辐射）能量。
光谱辐射度量与辐射度量之间满足
辐射度学(Radiometry )是研究电磁辐射能测量的一门科学.
第12章 辐射度学和光度学基础
§12-1 辐射度学的基本物理量 §12-2 光度学的基本物理量 §12-3 照度定律
辐射度学与光度学
辐射度学(Radiometry )是研究电磁辐射能测量的一 门科学. 辐射度量是用能量单位描述光辐射能的客观物理量.
光度学(Photometry )是照度Ee与辐出度Me混淆起来。虽然两者单位 相同，但定义不一样。辐照度是从物体表面接收辐射通 量的角度来定义的，辐出度是从面光源表面发射辐射的 角度来定义的
deIdeI0cos 余弦辐射体或朗伯体
沿其法线方向的辐射强度
余弦辐射体的辐射亮度
Le
dI e 0 dA
Le 0
可见:余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角 无关。
余弦辐射体的辐射出射度
Me
de dA
Le0
六 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。
单位：瓦特每平方米（W/m2）
10nm ~ 1mm，或频率在310 Hz~310 Hz范围内。 沿其法线方向的辐射强度
8nm的激光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系为
，若波长63126.
11
余弦定律同理可用于光照度上
一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分 8nm光波的光谱光效率 ＝0.
8nm的激光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系为
与辐射度量体系不同，在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉。 辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可见光和红外辐射）能量。
光谱辐射度量与辐射度量之间满足
辐射度学(Radiometry )是研究电磁辐射能测量的一门科学.
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
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。
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。
辐射度学和光度学基础
名称
光能量Qv
定义方程
单位名称
流明秒
单位
lm· s
没有光能量密度
光通量Φ v 若称光功率则为W 发光强度Iv 光亮度Lv Φ v=dQ/dt Iv=dΦ v/dΩ Lv= dΦ v/dAcosθ dΩ Mv= dΦ v/dA Ev= dΦ v/dA 流明 流明每球面度 (坎德拉) 流明每球面度平 方米（坎德拉每 平方米） 流明每平方米 流明每平方米 （勒克斯） lm lm/sr (cd) lm/srm2 （cd/m2） lm/m2 lm/m2 (lx)
J/m3
W W/sr W/srm2 W/m2
光照度Ev
辐射照度Ee
lm/m2 (lx)
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
二、视见函数
视见函数V(λ)定义：人眼对不同可见光波长的平均相对灵敏度。 （1）相同的光通量，同一个人的视觉神经对不同波长的感光灵 敏度不同。 （2）相同的光通量，不同人的视觉神经不同，同时心理也不同， 同样对不同波长的感光灵敏度不同。 （3）视觉函数是平均的结果。 （4）相对数值，是指进行归一化。 （5）构成了可见光波长与平均相对灵敏度之间的对照数据表。 （6）将数据表格中的波长为横坐标，相对灵敏度为纵坐标作图
黑体模型
4.1 黑体辐射
黑体概念深入
黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体， 自然界并不存在。 自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一 部分能量反射。
灰体辐射的规律接近黑体。
四、黑体辐射
4.2 黑体辐射定律（普朗克定律），黑体辐射出度表达式
W
c h
2hc 2
5
1 e hc / kT 1
光能量Qv
定义方程
单位名称
流明秒
单位
lm· s
没有光能量密度
光通量Φ v 若称光功率则为W 发光强度Iv 光亮度Lv Φ v=dQ/dt Iv=dΦ v/dΩ Lv= dΦ v/dAcosθ dΩ Mv= dΦ v/dA Ev= dΦ v/dA 流明 流明每球面度 (坎德拉) 流明每球面度平 方米（坎德拉每 平方米） 流明每平方米 流明每平方米 （勒克斯） lm lm/sr (cd) lm/srm2 （cd/m2） lm/m2 lm/m2 (lx)
J/m3
W W/sr W/srm2 W/m2
光照度Ev
辐射照度Ee
lm/m2 (lx)
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
二、视见函数
视见函数V(λ)定义：人眼对不同可见光波长的平均相对灵敏度。 （1）相同的光通量，同一个人的视觉神经对不同波长的感光灵 敏度不同。 （2）相同的光通量，不同人的视觉神经不同，同时心理也不同， 同样对不同波长的感光灵敏度不同。 （3）视觉函数是平均的结果。 （4）相对数值，是指进行归一化。 （5）构成了可见光波长与平均相对灵敏度之间的对照数据表。 （6）将数据表格中的波长为横坐标，相对灵敏度为纵坐标作图
黑体模型
4.1 黑体辐射
黑体概念深入
黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体， 自然界并不存在。 自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一 部分能量反射。
灰体辐射的规律接近黑体。
四、黑体辐射
4.2 黑体辐射定律（普朗克定律），黑体辐射出度表达式
W
c h
2hc 2
5
1 e hc / kT 1
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表征辐射量随波长的分布特性； 是辐射量随波长的变化率。
第9页/共19页
光谱辐射量
X () dX d
光谱辐射能
Qe
()
dQe
d
光谱辐射通量（功率）
e
()
d e
d
光谱辐射强度 光谱辐射亮度 光谱辐出度 光谱辐照度
Ie
()
dIe
d
Le
()
dLe
d
M e ()
dM e
d
Ee
()
dEe
d
Pe
()
dPe
d
第10页/共19页
表征物体材料性质的辐射量
定义： 吸收率 P
Pi
反射率 P
Pi
透过率 P
Pi
则 α+ρ+τ = 1
Pi（入射功率） Pρ（反射功率）
材料 Pα（吸收功率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Pτ（透过功率）
说明：α、ρ、τ的值均与材料的性质及表面状态有关；
α、ρ、τ的值是入射波长λ、物体温度 T 的函数
第14页/共19页
第1页/共19页
辐射度学与光度学的概念
辐射度学 研究电磁波辐射能量的测试和计量的一门科学 辐射度量 用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量 光度学 研究可见光能量的测试和计量的一门科学 光度量 人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量
第2页/共19页
辐射度学与光度学的异同点
相同点 辐射度量和光度量都是用来定量描述辐射能量大 小的，两者在研究方法和概念上基本相同，它们 的基本物理量也是一一对应的。
光度量中的几个单位
发光强度的单位 坎德拉（cd），它是国际单位制中七个基本
单位之一 光通量的单位
流明（lm），它是发光强度为1cd的均匀点光 源在单位立体角（1sr）内发射的光通量 光照度的单位
勒克斯（lx），它相当于 l lm的光通量均匀地 照射在 l m2面积上所产生的光照度
第13页/共19页
单位时间内发射、传输或接收的辐射能，单 位为W（瓦），1W = 1J/s（焦耳每秒）
Фe = dQe /dt
第4页/共19页
辐射度学的基本辐射量（2）
辐射出射度（辐出度）Me
辐射源单位面积向半球空间（2π立体角）发 射的辐射通量，单位为W/m2（瓦每平方米）
Me
de dS
辐照度 Ee
接收面单位面积上接收的辐射通量，单位为W/m2
不同点 辐射度量：适用于所有电磁波辐射波段，客观量 光度量：仅适用于可见光波段，客观量＋主观量
第3页/共19页
辐射度学的基本辐射量（1）
辐射能 Qe 以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单
位为 J（焦耳） 当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其
它形式的能量，如热能、电能等。 辐射通量Фe（辐射功率 Pe ）
距离平方反比定律
点源在接收面上产生的照度
I
Ex
d
dA
I
d dA
I
dA cos
l2
dA
I cos
l2
dΩ n
lθ
x
dA
A
面源在接收面上产生的照度？《教材》P37 图2-8
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朗伯余弦定律（1）
朗伯辐射体：辐射亮度与辐射方向无关
（漫反射体） Lθ = L0 = L
I I0
dAcos dA
I I0 cos
L L
LL dA
L L
第16页/共19页
I0
Iθ
θ
dA
朗伯余弦定律（2）
M L cos d L cos d
d
dS r2
rd d r sin
r2
sin
d d
2
M L0
d 2 sin cos d L 0
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例题
如图所示，点源 S1、S2、S3 的辐射强度均为 I ，
辐射能
Qe
辐射通量 e
辐照度
Ee
辐出度
Me
辐射强度 Ie
辐射亮度 Le
J W Wm-2 Wm-2 Wsr-1 Wm-2sr-1
光能
Q
lms
光通量
lm
光照度
E
lx（lmm-2）
光出射度 M
lmm-2
发光强度 I
cd（lmsr-1）
光亮度
L nt（cdm-2、 lmm-2 sr-1 ）
第12页/共19页
e Ie
e 4Ie
d
d
Ie (, )
第7页/共19页
辐射度学的基本辐射量（4）
辐射亮度 Le 辐射源单位表观面积向单位立体角内发射的
辐射通量，单位为W/sr·m2（瓦每球面度平方米）
Le
dIe
dS cos
d 2e
ddS cos
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光谱辐射量
辐射源发射的能量往往是由很多波长 的辐射所组成的，我们更关心能量的光谱 分布。 光谱辐射量（辐射量的光谱密度） 含义：单位波长间隔内的辐射量；
Ee
d e dS
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辐射度学的基本辐射量（3）
辐射强度 Ie 点源向空间某一方向、单位立体角内发
射的辐射通量，单位为W/sr（瓦每球面度）
Ie
de d
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各向同性点辐射源 在有限立体角Ω内： 在全球空间： 各向异性点辐射源 在全球空间：
e Ie (, )d
2
0 d 0 Ie (, )sin d
光的概念
电磁波谱 ⒈高频区：宇宙射线、γ 射线、x 射线 ⒉长波区：长电振荡、无线电波、微波 ⒊光谱区：紫外线、可见光、红外线 【广义】“光”是指光辐射，波长：0.01～1000 m 【狭义】“光”仅指可见光，波长：0.38～0.78 m 波粒二象性 波动性：λ·ν= c （λ′·ν=υ） 粒子性： E = hν P = hν/ c = h /λ
距 x 点的距离均为 d ，求 x 点的照度？
Ex E1 E2 E3
I cos I
d2 d2 0
I d2
1
cos
S3
S2 S1
θ
x
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作业题
1. 求光辐射的频率范围？ 2. 波长为1μm的一个光子能量具有多少 eV ? 3. 一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地
面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面上的 照度为30lx，求该灯的光通量？ 4. 一支氦氖激光器发出的激光束光通量为0.36lm， 该激光束的平面发散角为1mrad，激光器的放电 毛细管直径为1mm，求该激光束的发光强度、 光亮度和光出射度？ 5. 某曝光计之受光片为一直径为4cm的黑色圆形金 属板，中心最大辐照度为5W/cm2，边沿最小辐 照度为1W/cm2，从中心到边沿，辐照度按直线 规律变化，求照射在受光片上的辐射通量和平 均辐照度？
举例说明
光谱辐射通量
e ()
d e
d
含义：辐射源发出的在波长 λ处的单位波长间隔 内的辐射通量 单位为W/μm
单色辐射通量
de e d
W
波段辐射通量
e 1 2
2 1
e
(
)d
W
总辐射通量
第11页e /共190页e ()d
W
辐射度量与光度量的对照表
辐射度量 符 号 单 位
光度量 符号
单位
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光谱辐射量
X () dX d
光谱辐射能
Qe
()
dQe
d
光谱辐射通量（功率）
e
()
d e
d
光谱辐射强度 光谱辐射亮度 光谱辐出度 光谱辐照度
Ie
()
dIe
d
Le
()
dLe
d
M e ()
dM e
d
Ee
()
dEe
d
Pe
()
dPe
d
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表征物体材料性质的辐射量
定义： 吸收率 P
Pi
反射率 P
Pi
透过率 P
Pi
则 α+ρ+τ = 1
Pi（入射功率） Pρ（反射功率）
材料 Pα（吸收功率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Pτ（透过功率）
说明：α、ρ、τ的值均与材料的性质及表面状态有关；
α、ρ、τ的值是入射波长λ、物体温度 T 的函数
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辐射度学与光度学的概念
辐射度学 研究电磁波辐射能量的测试和计量的一门科学 辐射度量 用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量 光度学 研究可见光能量的测试和计量的一门科学 光度量 人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量
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辐射度学与光度学的异同点
相同点 辐射度量和光度量都是用来定量描述辐射能量大 小的，两者在研究方法和概念上基本相同，它们 的基本物理量也是一一对应的。
光度量中的几个单位
发光强度的单位 坎德拉（cd），它是国际单位制中七个基本
单位之一 光通量的单位
流明（lm），它是发光强度为1cd的均匀点光 源在单位立体角（1sr）内发射的光通量 光照度的单位
勒克斯（lx），它相当于 l lm的光通量均匀地 照射在 l m2面积上所产生的光照度
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单位时间内发射、传输或接收的辐射能，单 位为W（瓦），1W = 1J/s（焦耳每秒）
Фe = dQe /dt
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辐射度学的基本辐射量（2）
辐射出射度（辐出度）Me
辐射源单位面积向半球空间（2π立体角）发 射的辐射通量，单位为W/m2（瓦每平方米）
Me
de dS
辐照度 Ee
接收面单位面积上接收的辐射通量，单位为W/m2
不同点 辐射度量：适用于所有电磁波辐射波段，客观量 光度量：仅适用于可见光波段，客观量＋主观量
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辐射度学的基本辐射量（1）
辐射能 Qe 以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单
位为 J（焦耳） 当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其
它形式的能量，如热能、电能等。 辐射通量Фe（辐射功率 Pe ）
距离平方反比定律
点源在接收面上产生的照度
I
Ex
d
dA
I
d dA
I
dA cos
l2
dA
I cos
l2
dΩ n
lθ
x
dA
A
面源在接收面上产生的照度？《教材》P37 图2-8
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朗伯余弦定律（1）
朗伯辐射体：辐射亮度与辐射方向无关
（漫反射体） Lθ = L0 = L
I I0
dAcos dA
I I0 cos
L L
LL dA
L L
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I0
Iθ
θ
dA
朗伯余弦定律（2）
M L cos d L cos d
d
dS r2
rd d r sin
r2
sin
d d
2
M L0
d 2 sin cos d L 0
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例题
如图所示，点源 S1、S2、S3 的辐射强度均为 I ，
辐射能
Qe
辐射通量 e
辐照度
Ee
辐出度
Me
辐射强度 Ie
辐射亮度 Le
J W Wm-2 Wm-2 Wsr-1 Wm-2sr-1
光能
Q
lms
光通量
lm
光照度
E
lx（lmm-2）
光出射度 M
lmm-2
发光强度 I
cd（lmsr-1）
光亮度
L nt（cdm-2、 lmm-2 sr-1 ）
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e Ie
e 4Ie
d
d
Ie (, )
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辐射度学的基本辐射量（4）
辐射亮度 Le 辐射源单位表观面积向单位立体角内发射的
辐射通量，单位为W/sr·m2（瓦每球面度平方米）
Le
dIe
dS cos
d 2e
ddS cos
第8页/共19页
光谱辐射量
辐射源发射的能量往往是由很多波长 的辐射所组成的，我们更关心能量的光谱 分布。 光谱辐射量（辐射量的光谱密度） 含义：单位波长间隔内的辐射量；
Ee
d e dS
第5页/共19页
辐射度学的基本辐射量（3）
辐射强度 Ie 点源向空间某一方向、单位立体角内发
射的辐射通量，单位为W/sr（瓦每球面度）
Ie
de d
第6页/共19页
各向同性点辐射源 在有限立体角Ω内： 在全球空间： 各向异性点辐射源 在全球空间：
e Ie (, )d
2
0 d 0 Ie (, )sin d
光的概念
电磁波谱 ⒈高频区：宇宙射线、γ 射线、x 射线 ⒉长波区：长电振荡、无线电波、微波 ⒊光谱区：紫外线、可见光、红外线 【广义】“光”是指光辐射，波长：0.01～1000 m 【狭义】“光”仅指可见光，波长：0.38～0.78 m 波粒二象性 波动性：λ·ν= c （λ′·ν=υ） 粒子性： E = hν P = hν/ c = h /λ
距 x 点的距离均为 d ，求 x 点的照度？
Ex E1 E2 E3
I cos I
d2 d2 0
I d2
1
cos
S3
S2 S1
θ
x
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作业题
1. 求光辐射的频率范围？ 2. 波长为1μm的一个光子能量具有多少 eV ? 3. 一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地
面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面上的 照度为30lx，求该灯的光通量？ 4. 一支氦氖激光器发出的激光束光通量为0.36lm， 该激光束的平面发散角为1mrad，激光器的放电 毛细管直径为1mm，求该激光束的发光强度、 光亮度和光出射度？ 5. 某曝光计之受光片为一直径为4cm的黑色圆形金 属板，中心最大辐照度为5W/cm2，边沿最小辐 照度为1W/cm2，从中心到边沿，辐照度按直线 规律变化，求照射在受光片上的辐射通量和平 均辐照度？
举例说明
光谱辐射通量
e ()
d e
d
含义：辐射源发出的在波长 λ处的单位波长间隔 内的辐射通量 单位为W/μm
单色辐射通量
de e d
W
波段辐射通量
e 1 2
2 1
e
(
)d
W
总辐射通量
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W
辐射度量与光度量的对照表
辐射度量 符 号 单 位
光度量 符号
单位