辐射度学与光度学PPT课件.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,辐射度学与光度学,-,光学波段,-,紫外,可见光,10,15,6,18,21,9,12,10,10,10,10,10,10,10,3,24,X,射线,射线,红外,电磁波谱,1-1,-3,辐射度学与光度学,可见光波段,红外,紫外,照明,显示,与人的眼睛有关！,光电探测：本质上说，定量地测量光辐射信号的强度无线电波,微波,辐射度学,与光度学,在光,辐射,探测中，定量地描述辐射能强度的量有两类：,一类是物理的,辐射度学,量，,电磁辐射量能量度来描述光辐射，客观物理量；,另一类是生理的,光度学,量，,是描述光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的强度,即光度量是具有标准人眼视觉特性的人眼所接收到辐射量的度量因此，,辐射度量,和,光度量,两者在研究方法和概念上非常类似，它们的基本物理量也是一一对应的。

立体角的概念,在光辐射测量中，经常用到一个,涉及到空间的几何量,立体角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，把整个空间以某一点为中心划分成若干立体角定义,:,一个任意形状椎面所包含的,空间,称为立体角符号：,或,单位：,Sr,（球面度）,A,是半径为,R,的球面的一部分，,R,A,O,先以球面为例：,A,其边缘各点对球心,O,连线所包围的那部分,空间，,立体角单位立体角,：,在以,O,为球心、,R,为半径的球上，若立体角,截出的球面部分的面积为,R,2,，则此球面部分所对应的立体角称为单位立体角，或一球面度dS,立体角的数值：,部分球面面积,A,与球半径R平方之比，即:,一般情况：,对于一个给定顶点O 和一个随意方向的微小面积dS，它们对应的立体角为,为dS 与投影面积 dA的夹角，R为O 到dS中心的距离R,dS,dA,o,特例：,整个球面所对应的立体角：,全球所对应的立体角,(,全球所对应的立体角是整个空间，又称为,4,空间,.),同理，半球所对应的立体角为,2,空间一、辐射度学的基本物理量,1,辐射能,Q,能量的概念,辐射能是一种以,电磁波,的形式发射、传播或接收的能量，单位为,J(,焦耳,),。

当辐射能被物质吸收时，可以转换成其它形式的能量，如热能、电能等2,辐射通量,功率的的概念,辐射通量又称辐射功率,P,，是辐射能的时间变化率,单位为,W(,瓦,),，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能，,3,辐射强度,I,点辐射源在给定方向上单位立体角内的辐射通量,.,单位：,W,sr,(,瓦每球面度,),I=,d,d,在所有方向上辐射强度,I,都相同的,点,辐射源（均匀辐射源）在有限立体角,内发射的辐射通量为,:,=I,在空间所有方向,(,4,),上发射的辐射通量为：,=4,I,x,y,z,为总的辐射功率,4辐射出射度M 辐出度,扩展辐射源单位面积所辐射的通量,即：M=单位为W(瓦每平方米),d,是扩展源表面dS在各方向上，,通常为半空间即2,立体角所,发出的总的辐射通量，,ds,d,dS,辐照度,E,和,辐出度,M,的比较：,相同：单位相同，,区别：,辐照度,E,是描述辐射接收面（探测器）所接收的,辐射特性,辐出度,M,则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性5,辐射照度,E,辐照度,辐射照度为投射在单位面积上的辐射通量，,即：,E,单位：,W,m,2,(,瓦每平方米,),dA,是投射辐射通量,d,的元面积,d,d,A,6,辐射亮度,L,辐射亮度定义为扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角、单位投影面积内发出的辐射通量,：,扩展辐射源,7,光谱辐射量,辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长的单色辐射所组成。

为了研究各种波长的辐射通量，需要对某一波长的单色光的辐射能量作出相应的定义光谱辐射量是辐射量随波长的变化率光谱辐射量也叫辐射量的光谱密度光谱辐射通量,（,）,辐射源发出的光在波长,处的单位波长间隔内的辐射通量辐射通量与波长的关系如图其关系式为：,单位：,W,m(,瓦每微米,),，,或,W,nm(,瓦每纳米,),辐射源的总辐射通量：,前面介绍的几个重要的辐射量，都有与光谱辐射量相对应的关系：,光谱辐照度：,光谱辐射出射度：,光谱辐射亮度：,二、光度学的基本物理量,人眼的结构：,1,光谱光视效率,现象：,人的视神经对各种不同波长光的感光灵敏度是不一样的对绿光最灵敏，对红、蓝光灵敏度较低由于受视觉生理和心理作用，不同的人对各种波长光的感光灵敏度也有差异国际照明委员会（,CIE,）根据对不同的人的大量观察结果，确定了人眼对各种波长光的平均相对灵敏度，称之为“标准光度观察者”光谱光视效率，或称之为视见函数,人眼的光谱光视效率的数值,波长（,nm,）,波长（,nm,）,明视觉,明视觉,暗视觉,暗视觉,暗视觉光谱光视效率,虚线：,亮度小于,0.001cd/,时的暗视觉光谱光视效率，用,V(),表示，此时的视觉主要由人眼视网膜上分布的杆状细胞刺激所引起的；,最大值：,507nm,V,(,),V(,),明视觉光谱光视效率,实线：,亮度大于,3cd/m,2,时的明视觉光谱光视效率，用,V(),表示，此时的视觉主要由人眼视网膜上分布的锥体细胞的刺激所引起的，最大值在,555nm,处。

2,光度学的基本物理量,在辐射度量学中介绍的各个基本量,、,M,、,I,、,L,和,E,对整个电磁波谱都适用；,而在光度学中光度量和辐射度量的定义是一一对应的，只是光度量只在光谱的可见波段,(380nm,780nm),才有意义为避免混淆，在光度量符号上加下标“,v,”,光度学中相应量：,V,、,M,V,、,I,V,、,L,V,和,E,V,与辐射度量：,、,M,、,I,、,L,和,E,之间的对应关系由表给出,辐射度量,符号,单位,光度量,符号,单位,辐射能,Q,J(,焦,),光 量,Q,V,lm,s,辐射通量,W,（瓦）,光通量,V,lm,（流明）,辐照度,E,Wm,2,光照度,E,V,l,x,=,lm,/,m,2,辐出度,M,Wm,2,光出射度,M,V,lm,/,m,2,辐射强度,I,Wsr,-,1,发光强度,I,V,cd=,lm,/,sr,（坎德拉）,辐射亮度,L,Wsr,-,1,m,2,光亮度,L,V,lm,/(,m,2.,sr),辐射度量和光度量的对照表,由于人眼对相同能量、不同波长的可见光辐射能所产生的光感觉是不同的，,因而按人眼的视觉特性,V(,),来评价的辐射通量,即为光通量,V,，这两者的关系为：,式中，,K,m,为最大光谱光视效率，亦称为光功当量,例如：光通量,V,的定义,K,m,表示人眼对波长为,555nmV(555)=1,光辐射产生光感觉的效能。

按国际实用温标,IPTS68,的理论计算值为,K,m,683(lm/W),Km,确定之后，即可对光度量和辐射度量之间进行准确的换算由此可进一步探讨辐射度和光度基准的统一同理，其它光度量与辐射量之间的关系,：,光度量中的单位,1.,最基本的是,发光强度,单位：坎德拉,(Candela),cd,；,国际单位制中七个基本单位之一定义：频率为,54010,12,Hz(,对应在空气中,555nm,波长,),的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为,1,683W/sr,时，在该方向上的发光强度为,1cd,2.,光通量,的单位是流明,(,lm,),1,lm,它是发光强度为,1cd,的点光源在单位立体角内,1sr,发出的光通量3.,光照度,的单位：勒克斯,(lx),1,lx,它相当于,1lm,的光通量均匀地照在,1,面积上所产生的光照度4.,光,亮度的单位：,lm/(m,2,.sr)cd/m,2,常用：熙提,(sb),Sb=lm/(cm,2,.sr),常见光源,亮度：,晴天：,10000 cd/m,2,晴天日落后：,1 cd/m,2,蜡烛火焰：约,0.5sb,钨丝灯泡：约,500sb,典型照度：,办公室工作：,20,100 lx,满月的地面：,0.2 lx,晴朗夏日采光良好的室内：,100,500 lx,左边是光通量，其单位是流明,(,lm,),：,右边的,()d,是光谱辐射通量，单位是瓦,(,w/nm,），,V(,),是光视效率，所以等号右边引进一个系数,K,m,，从而使两边的单位一致。

显然,K,m,的单位为流明瓦,(,lm/W,),称为最大光谱光视效能,K,m,683,lm,W,表示在人眼光谱光视效率最大,(555,nm,),处，,1,W,的辐射能通量相当的光通量为,683,lm,；,换句话说，此时,1,lm,相当于,1,683,W,三、辐射度与光度中的基本定律,余弦定律,s,S,0,S,和,S,对,O,点所张的立体角是相同的，对于两个面来讲其辐射通量是相同的，两个面的辐照度分别为：,由于,所以,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距离平方反比定律,点光源在传输方向上某点的辐照度和该点到点光源的距离平方成反比例题中已经证明色度学,辐射度学,光度学,色度学,。