應(yīng)用光學(xué)第六章new

應(yīng)用光學(xué)第六章new1第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日波長(zhǎng)為400~760nm范圍內(nèi)的電磁波稱為“可見光”研究可見光的測(cè)試、計(jì)量和計(jì)算稱為“光度學(xué)”研究電磁波輻射的測(cè)試、計(jì)量和計(jì)算的學(xué)科稱為“輻射度學(xué)”2第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日輻射度學(xué)通過電磁光譜來處理輻射能的測(cè)量。輻射度學(xué)主要研究頻率為3×1011～3×1016Hz的光輻射，對(duì)應(yīng)于0.01~1000μm微米的波長(zhǎng)。波段范圍包括紅外、可見光、紫外線。3第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日光度學(xué)與輻射度學(xué)類似，但它只處理人眼可感知的光，即可見光，波長(zhǎng)范圍為380～780nm(納米)。波長(zhǎng)450nm對(duì)應(yīng)于藍(lán)色，540nm對(duì)應(yīng)于綠色，659nm對(duì)應(yīng)于紅色。4第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日立體角的定義：

一個(gè)任意形狀的封閉錐面所包含的空間稱為立體角，用Ω表示。第一節(jié)立體角的意義和它在光度學(xué)中的應(yīng)用Ω5第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日立體角定義圖6第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日

以錐體頂點(diǎn)為球心，任意r為半徑作一球面，此錐體在球面上的截面為S，則立體角表示為7第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日

立體角單位：以錐頂為球心，以r為半徑作一圓球，若錐面在原球上所截出的面積等于r2，則該立體角為一個(gè)“球面度”（sr）。整個(gè)球面的面積為4πr2,對(duì)于整個(gè)空間有即整個(gè)空間等于4π球面度8第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日立體角是平面角向三維空間的推廣。在二維空間，2π角度覆蓋整個(gè)單位圓。在三維空間，4π的球面度立體角覆蓋整個(gè)單位球面。從一個(gè)球面上去處1球面度立體角的圓錐9第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日計(jì)算微元立體角的幾何關(guān)系10第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二節(jié)輻射度學(xué)中的基本量一、輻射通量輻射通量的定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)輻射體所輻射的總能量，用Φe表示；其計(jì)量單位用功率單位瓦特。

表示了一個(gè)輻射體輻射的強(qiáng)弱輻射通量就是輻射體的輻射功率用輻射通量的光譜密集度來表示輻射體的輻射通量按波長(zhǎng)分布的特性11第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日

用輻射通量的光譜密集度Φeλ來表示輻射體的輻射通量按波長(zhǎng)分布的特性ΦeλΔλλ

輻射體總輻射通量即輻射體的總輻射功率為12第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日其他表示⒈面積元ds的輻射通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)面積元ds輻射出來的所有波長(zhǎng)的光能量。⒉分布函數(shù)（譜輻射通量密度）：在單位時(shí)間內(nèi)通過光源面積元的某一波長(zhǎng)附近的單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的光能量。用e(λ)表示，∵是波長(zhǎng)的函數(shù)。

13第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日其他表示⒊總輻射通量：∵從光源面積元ds輻射出來的波長(zhǎng)在λ～λ+d

λ間的輻射通量為：∴從光源面積元ds發(fā)出的各種波長(zhǎng)光的總輻射通量為：

14第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、輻射強(qiáng)度輻射體在不同方向上的輻射特性用在給定方向上取立體角dΩ，在dΩ范圍內(nèi)的輻射通量為dΦe。把dΦe與dΩ之比稱為輻射體在該方向上的“輻射強(qiáng)度”，Ie表示15第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日

單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量輻射強(qiáng)度的單位為瓦每球面度（W/sr）。dΦedΩ均勻點(diǎn)光源

16第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日三、輻（射）出射度、輻（射）照度輻射強(qiáng)度不能表示輻射體表面不同位置的輻射特性表示輻射體表面上任意一點(diǎn)A處的輻射強(qiáng)弱：假定dS微面輻射出的輻射通量為dΦe，則A點(diǎn)的輻（射）出射度為Me稱為“輻（射）出射度”，單位為瓦每平方米（W/m2）AdΦedS17第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日某點(diǎn)單位面積內(nèi)發(fā)出的輻射通量

單位為瓦每平方米（W/m2）18第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日如果某一物體表面被其它輻射體照射即為了表示A點(diǎn)被照射的強(qiáng)弱，假定物體所接受的輻射通量為dΦe，把dS接受的dΦe與dS之比稱為“輻（射）照度”，符號(hào)為Ee，即輻（射）照度與輻（射）出射度的單位一樣，也為瓦每平方米（W/m2）AdΦedS19第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日四、輻（射）亮度用輻（射）亮度來表示輻射體表面不同位置和不同方向上的輻射特性dS在AO垂直方向上的投影面積為dSnAdSNdΩOIeα20第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日若在AO方向上的輻射強(qiáng)度為Ie，把Ie與dSn之比稱為“輻（射）亮度”，符號(hào)為L(zhǎng)e輻（射）亮度代表了輻射體不同位置和不同方向上的輻射特性。單位為瓦每球面度平方米（W/（sr.m2））。21第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日可見光光的輻射能中能引起人眼的視覺效應(yīng)的區(qū)域。

這個(gè)區(qū)域從400納米到760納米。人眼觀察輻射體時(shí)，其視覺強(qiáng)弱與輻射波長(zhǎng)和輻射強(qiáng)度（某一方向）有關(guān)在可見光中不同波長(zhǎng)的光所引起的視覺效應(yīng)的靈敏度是不相同的。在光度學(xué)中，為了表示這種差別，定義V(λ)為“視見函數(shù)”（光譜光視效率）。第三節(jié)人眼的視見函數(shù)22第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日視見函數(shù)把人眼對(duì)黃光的視覺靈敏度作為基準(zhǔn)，其它色光的視覺靈敏度與黃光的視覺靈敏度相比，得出各種色光的相對(duì)視覺靈敏度，稱為視見函數(shù)，用V(λ)表示。把人眼最靈敏波長(zhǎng)（λ=555nm）的視見函數(shù)規(guī)定為1，即V(555)=1V(λ)≤1不同人在不同觀察條件下的視覺函數(shù)略有差別23第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日/nmV()24第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日視見函數(shù)是表征人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光平均相對(duì)靈敏度的函數(shù)，又稱視覺靈敏度

即：它與輻射通量的關(guān)系：25第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日第四節(jié)光度學(xué)中的基本量

一、發(fā)光強(qiáng)度和光通量發(fā)光強(qiáng)度是光度學(xué)中最基本量之一，與輻射度學(xué)中的輻射強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。輻射體的輻射波長(zhǎng)為λ的單色光，在眼睛觀察的方向上的輻射強(qiáng)度為Ie，眼瞳孔對(duì)輻射體所張的立體角為dΩ，則眼睛接受到的輻射通量為眼睛的視覺強(qiáng)度與輻射通量dΦe和視見函數(shù)V(λ)成正比這就表示該輻射所產(chǎn)生的視覺強(qiáng)度（dΦ）。26第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日dΦ是按人眼視覺強(qiáng)度來度量的輻射通量，稱為“光通量”。C為單位換算常數(shù)，由dΦ和dΦe所采用的單位決定。光通量是描述客觀輻射通量所引起的人眼視覺強(qiáng)弱的物理量光通量的單位是流明（lm）一只40W白熾燈的全部輻射的光通量為500lm，而40W的熒光燈的全部輻射約為2300lm27第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日發(fā)光強(qiáng)度與輻射強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。它表示在指定方向上光源發(fā)光的強(qiáng)弱，即單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量

發(fā)光強(qiáng)度的單位為坎（德拉）（cd）對(duì)于均勻點(diǎn)光源28第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日1cd（坎德拉）代表發(fā)光體發(fā)出的電磁波頻率為540X1012Hz的單色輻射（波長(zhǎng)為555nm），且在此方向上的輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr。1坎德拉等于光源在1個(gè)立體弧度內(nèi)產(chǎn)生1流明的光通量坎德拉是光度學(xué)中最基本的單位，也是國(guó)際基本計(jì)量單位之一。光通量光通量dΦ的單位為流明（lm）1lm表示在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd的發(fā)光體在單位立體角內(nèi)的通光量，即29第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日由坎德拉及發(fā)光強(qiáng)度的定義可知：30第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日用符號(hào)K()來表示系數(shù)C·V()，即K()稱為波長(zhǎng)的“光譜光視效能”,其單位是（cd·sr）/W或lm/W其最大值為Km，稱為“最大光譜光視效能”上面的公式中輻射通量dΦe以瓦（W）為單位，光通量dΦ以流明（lm）為單位31第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日在實(shí)際應(yīng)用中，輻射體都有一定的波長(zhǎng)范圍，所以光通量與輻射通量的關(guān)系就有用K來表示發(fā)光體的發(fā)光特性注意：K和K()是不同的。K稱為發(fā)光體“光視效能”，其單位為流明每瓦（lm/W）其物理意義是輻射體消耗1W功率所發(fā)出的流明數(shù)K()稱為波長(zhǎng)的“光譜光視函數(shù)”32第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、光出射度和光照度用光出射度M來表示A點(diǎn)處的發(fā)光強(qiáng)弱指發(fā)光表面單位面積內(nèi)所發(fā)出的光通量，它與輻（射）出射度相對(duì)應(yīng)當(dāng)發(fā)光表面均勻發(fā)光時(shí)，其光出射度為反之，當(dāng)某一表面被發(fā)光體照明，用光照度E來表示被照明表面A處的照明強(qiáng)弱在均勻照明情況下33第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日光照度表示被照明的表面單位面積上所接收的光通量。它與輻射度學(xué)中的輻（射）照度相對(duì)應(yīng)。它們的單位為勒克斯（lx）。1lx等于1m2面積上發(fā)出或接收1lm的光能量，即：34第三十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日AdSNdΩOIα三、光亮度前面所講的概念并不能表示發(fā)光面不同方向的發(fā)光特性。用光亮度來表示發(fā)光表面不同位置和不同方向的發(fā)光特性。