3辐射度学与光度学的基础知识
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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
第六章-辐射度学和光度学基础
dΦ' dΦ EdS 对朗伯体 dΦ' LdS EdS 1 全扩散表面的光亮度公式 L E
dΦ dS
E
§6-6 全扩散表面的光亮度
常见物体表面的漫反射系统
照明表面
氧化镁 石灰
漫反射系统/%
96 91
照明表面
黏土 月亮
漫反射系统/%
16 10-20
雪
白纸 白砂
78
70-80 25
A的辐射强度应该是辐射体B强度的一半。
§6-4 光度学中的基本量
一、发光强度和光通量 光度学中的光通量与辐射度学中的辐射通量相对应。假定有一单色 光，其辐射通量为 Φ ，其中能够引起视觉的部分为光通量--------用 人眼视觉强度来度量的辐射通量。 对某一立体角 d
Φ C V ( ) Φe
第六章 辐射度学和光度学基础
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、 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、计算的学科
§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
平面上的角： A
全光谱光通量与辐射通量之间的关系
Φ dΦ
0
0
K ( )dΦe
0
K ( )Φe d
定义：光视效能
Φ K Φe
光视效能的单位为：lm/W
0
K ( )Φe d
0
Φe d
§6-4 光度学中的基本量
V ( ) 表示人眼对不同波长光辐射的敏感度差别，
光度学和辐射度学
光度学和辐射度学光度学和辐射度学是研究光和辐射的两个重要学科。
光度学主要研究光的性质和行为，而辐射度学则关注辐射的特性和相互作用。
光度学是研究光的传播、吸收、散射、折射、干涉和衍射等现象的学科。
光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光度学通过研究光的波动性和粒子性，揭示了光的本质和行为规律。
光的传播速度是一个重要的研究对象，根据光的传播速度不同，可以将光分为真空中的光和介质中的光。
光的传播速度在真空中是恒定的，而在介质中会发生折射现象，导致光的传播速度减小。
光度学还研究了光的吸收和散射现象。
当光通过物质时，会与物质相互作用，一部分光被物质吸收，一部分光被物质散射。
光的吸收和散射现象在很多领域都有重要应用，例如光谱学、光电子学和光通信等。
辐射度学是研究辐射的特性和相互作用的学科。
辐射是指物体发射出的电磁波或粒子流。
辐射度学研究了辐射的发射、传播和吸收等过程。
辐射的特性包括辐射强度、辐射频率和辐射方向等。
辐射度学通过研究辐射的特性，可以了解物体的热辐射和电磁辐射等信息。
辐射度学还研究了辐射与物质的相互作用。
当辐射与物质相互作用时，会发生吸收、散射和透射等现象。
吸收是指辐射能量被物质吸收并转化为其他形式的能量。
散射是指辐射在物质中的传播方向发生改变。
透射是指辐射穿过物质而不被吸收或散射。
辐射与物质的相互作用在医学影像学、辐射治疗和材料科学等领域具有广泛应用。
光度学和辐射度学在现代科学和技术中起着重要作用。
光度学的研究成果被广泛应用于光学仪器、光纤通信和激光技术等领域。
辐射度学的研究成果则被应用于核能、天文学和环境监测等领域。
光度学和辐射度学的发展不仅推动了科学的进步，也为人类社会的发展带来了巨大的贡献。
光度学和辐射度学是研究光和辐射的两个重要学科。
光度学研究光的性质和行为，辐射度学关注辐射的特性和相互作用。
这两个学科的研究成果在科学和技术领域有着广泛的应用，对推动人类社会的发展起着重要作用。
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
辐射度学与光度学基本知识
1.2 辐射度学和光度学
Radiometry and Photometry
辐射度学
• 通过电磁光谱来处理辐射能的测量。 通过电磁光谱来处理辐射能的测量。 • 辐射度学主要研究频率为 ×1011～ 3×1016Hz的 辐射度学主要研究频率为3× × 的 光辐射，对应于0.01~1000µm微米的波长。 微米的波长。 光辐射，对应于 微米的波长 • 波段范围包括红外、可见光、紫外线。 波段范围包括红外、可见光、
光度学
• 与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知的光， 与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知的光， 即可见光，波长范围为380～780nm纳米。 纳米。 即可见光，波长范围为 ～ 纳米 • 波长450nm对应于蓝色，540nm对应于绿色， 对应于蓝色， 对应于绿色， 波长 对应于蓝色 对应于绿色 659nm对应于红色。 对应于红色。 对应于红色 • 色度学不处理颜色的感知本身，而是研究各种波 色度学不处理颜色的感知本身， 长的感知强度。例如，绿光比红光和蓝光亮。 长的感知强度。例如，绿光比红光和蓝光亮。
入射辐射亮度
• 入射辐射亮度 入射辐射亮度(incoming radiance)定义为： 定义为： 定义为 d 2Φ Lsurf = dA(dω cos θ ) 它用来度量单位平方米单位球面度的瓦特数。其中 为入 它用来度量单位平方米单位球面度的瓦特数。其中θ为入 射光线与表面法向的夹角。 射光线与表面法向的夹角。
辐射能量
• 在辐射度学中，辐射能量Q是基本的能量单位，用J(焦耳 在辐射度学中，辐射能量 是基本的能量单位 是基本的能量单位， 焦耳) 焦耳 来度量。 来度量。 • 每个光子有一定的辐射能量，其大小为Planck常数 每个光子有一定的辐射能量，其大小为 常数 (6.62620× (6.62620×10-34焦耳秒)乘以光速(2.998×108米/秒)，再除 焦耳秒)乘以光速 乘以光速(2.998× /秒 )， 以光子的波长。 以光子的波长。 • 等价于每焦耳的光子数目为 等价于每焦耳的光子数目为5.034×1015乘以光子的波长。 × 乘以光子的波长。 例如，在波长为550nm的波段处，每焦耳的光子数目大约 的波段处， 例如，在波长为 的波段处 为2.77×109个。 ×
Radiometry and Photometry
辐射度学
• 通过电磁光谱来处理辐射能的测量。 通过电磁光谱来处理辐射能的测量。 • 辐射度学主要研究频率为 ×1011～ 3×1016Hz的 辐射度学主要研究频率为3× × 的 光辐射，对应于0.01~1000µm微米的波长。 微米的波长。 光辐射，对应于 微米的波长 • 波段范围包括红外、可见光、紫外线。 波段范围包括红外、可见光、
光度学
• 与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知的光， 与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知的光， 即可见光，波长范围为380～780nm纳米。 纳米。 即可见光，波长范围为 ～ 纳米 • 波长450nm对应于蓝色，540nm对应于绿色， 对应于蓝色， 对应于绿色， 波长 对应于蓝色 对应于绿色 659nm对应于红色。 对应于红色。 对应于红色 • 色度学不处理颜色的感知本身，而是研究各种波 色度学不处理颜色的感知本身， 长的感知强度。例如，绿光比红光和蓝光亮。 长的感知强度。例如，绿光比红光和蓝光亮。
入射辐射亮度
• 入射辐射亮度 入射辐射亮度(incoming radiance)定义为： 定义为： 定义为 d 2Φ Lsurf = dA(dω cos θ ) 它用来度量单位平方米单位球面度的瓦特数。其中 为入 它用来度量单位平方米单位球面度的瓦特数。其中θ为入 射光线与表面法向的夹角。 射光线与表面法向的夹角。
辐射能量
• 在辐射度学中，辐射能量Q是基本的能量单位，用J(焦耳 在辐射度学中，辐射能量 是基本的能量单位 是基本的能量单位， 焦耳) 焦耳 来度量。 来度量。 • 每个光子有一定的辐射能量，其大小为Planck常数 每个光子有一定的辐射能量，其大小为 常数 (6.62620× (6.62620×10-34焦耳秒)乘以光速(2.998×108米/秒)，再除 焦耳秒)乘以光速 乘以光速(2.998× /秒 )， 以光子的波长。 以光子的波长。 • 等价于每焦耳的光子数目为 等价于每焦耳的光子数目为5.034×1015乘以光子的波长。 × 乘以光子的波长。 例如，在波长为550nm的波段处，每焦耳的光子数目大约 的波段处， 例如，在波长为 的波段处 为2.77×109个。 ×
0.2 辐射度学和光度学基础
三、辐射度学和光度学基本物理量的关系
四、黑体辐射
黑体定义： 黑体定义：能全部吸收各种波长的辐射能而不 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 简称黑体 黑体的结构：不透明的材料制成带小孔的的空 黑体的结构： 可近似看作黑体。 腔,可近似看作黑体。 研究黑体辐射的 规律是了解一般物体 热辐射性质的基础。 热辐射性质的基础。
辐射出射度Me 辐射出射度Me
W/m2
辐射照度Ee 辐射照度Ee
dΦ Ee= dΦe/dA
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.5 基本辐射度学物理量的核心量 辐射功率（辐射通量） 辐射功率（辐射通量） 1、共7个物理量 2、辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 ）： 能量， e=dQ/dt， 能量，Φe=dQ/dt，瓦（W） 3、其它6个量除辐射能量密度外，5个量都直 其它6个量除辐射能量密度外， 接与辐射功率相联系。辐射能量、 接与辐射功率相联系。辐射能量、辐射强 辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。 度、辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.10 联系辐射度学和光度学的坎德拉
1cd= 1/683 W/sr——坎德拉定义 坎德拉定义 1cd=1lm/sr——流明定义 流明定义 555nm单色波长条件下 单色波长条件下 1lm/sr=1/683 W/sr 1lm=1/683 W （上式约去 ） 上式约去sr） Km=683lm/W （上式同时除以 上式同时除以1/683W） ） ——明视最大流明效率（最大光谱效能）。 明视最大流明效率（ 明视最大流明效率 最大光谱效能）。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.2 研究范围
四、黑体辐射
黑体定义： 黑体定义：能全部吸收各种波长的辐射能而不 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 简称黑体 黑体的结构：不透明的材料制成带小孔的的空 黑体的结构： 可近似看作黑体。 腔,可近似看作黑体。 研究黑体辐射的 规律是了解一般物体 热辐射性质的基础。 热辐射性质的基础。
辐射出射度Me 辐射出射度Me
W/m2
辐射照度Ee 辐射照度Ee
dΦ Ee= dΦe/dA
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.5 基本辐射度学物理量的核心量 辐射功率（辐射通量） 辐射功率（辐射通量） 1、共7个物理量 2、辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 ）： 能量， e=dQ/dt， 能量，Φe=dQ/dt，瓦（W） 3、其它6个量除辐射能量密度外，5个量都直 其它6个量除辐射能量密度外， 接与辐射功率相联系。辐射能量、 接与辐射功率相联系。辐射能量、辐射强 辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。 度、辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.10 联系辐射度学和光度学的坎德拉
1cd= 1/683 W/sr——坎德拉定义 坎德拉定义 1cd=1lm/sr——流明定义 流明定义 555nm单色波长条件下 单色波长条件下 1lm/sr=1/683 W/sr 1lm=1/683 W （上式约去 ） 上式约去sr） Km=683lm/W （上式同时除以 上式同时除以1/683W） ） ——明视最大流明效率（最大光谱效能）。 明视最大流明效率（ 明视最大流明效率 最大光谱效能）。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.2 研究范围
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
第二节 辐射度学中的基本量
三、辐出射度、辐照度 辐出射度、
假定dS微面辐射出的辐射通量为d 假定dS微面辐射出的辐射通量为d Φ e ，如图a所示：则A点的辐出射度 dS微面辐射出的辐射通量为 如图a所示：
M 为： e =
d Φe dS
把微面dS接受的d dS接受的 dS的比值称为辐照度 的比值称为辐照度。 表示。 把微面dS接受的d Φ e与dS的比值称为辐照度。用 Ee 表示。Ee =
视见函数曲线 有了视见函数就可以比较两个不同波长的辐射体对人眼产生视觉的强 弱
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第四节 光度学中的基本量
一、发光强度和光通量
根据视见函数的定义， 根据视见函数的定义，人眼产生的视觉强度应与辐射通量和视见函数 成正比，因此， 成正比，因此，我们用
d Φ = C V (λ ) d Φ e
第七节 光学系统中光束的光亮度
二、折射情形： 折射情形：
如图所示，有关系： 如图所示，有关系：
L2 L1 = 2 2 n2 n1
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第七节 光学系统中光束的光亮度
三、反射情形： 反射情形：
反射可以看成是n2=-n1的折射 反射可以看成是n2=-n1的折射，即L2=L1 的折射， 普遍关系式： 普遍关系式：
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第二节 辐射度学中的基本量
d Φe Ie = dΦ dΦ
Ie 二、辐射强度：如图所示 辐射强度：
定义：给定方向上的立体角dΩ，在dΩ范围内的辐射通量为：d Φ e dΩ， dΩ范围内的辐射通量为： 定义：给定方向上的立体角dΩ 范围内的辐射通量为 单位： 单位：瓦每球面度
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如图所示，光亮度用下式表示： 如图所示，光亮度用下式表示：
1.辐射学和光度量学基本概念
,单位为W/sr(瓦/球面度)。
辐[射]亮度(或称辐射度) Le 对于小面积的面辐射源，以辐亮度Le来表示其表面不同位置
在不同方向上的辐射特性。
一小平面辐射源的面积为dS，与dS的法线夹角的方向θ上有 一面元dA。若dA所对应的立体角dΩ内的辐通量为dΦe ，
则面源在此方向上的辐亮度为:
式中是面辐射源正对dA的有效面积。辐亮度Le就是该面源在
壳层容纳一定数量的电子。每个电子具有确定的分立能量值， 也就是电子按能级分布。 固体中大量原子紧密结合在一起，而且原子间距很小，以致 使原子的各个壳层之间有不同程度的交叠。最外面的电子壳 层交叠最多，内层交叠较少，如图1-5 所示。壳层的交叠使 外层的电子不再局限于某个原子上，它可能转移到相邻原子 的相似壳层上去，例如电子可以从某个原子的2P壳层转移到 相邻原子的2P壳层，也可能从相邻原子运动到更远的原子的 相近壳层上去。这样电子有可能在整个晶体中运动。晶体中 电子的这种运动称为电子的共有化。外层电子的共有化较为 显著，而内壳层因交叠少而共有化不十分显著。 电子的共有化使本来处于同一能级的电子能量发生微小的差 异。例如，组成固体的N个原子在某一能级上的电子来都具 有相同的能量，由于共有化运动使它们在固体中不仅仅受本 身原子核的作用，而且还受到周围其它原子的作用而具有各 自不同的能量。于是，一个电子能级因受N个原子核的作用 而分裂成N个新的靠得很近的能级。N新能级之间能量差异 极小，而N值很大，于是这N个能级几乎连成一片而形成具 有一定宽度的能带。
其它基本概念 ▪ 点源：照度与距离之间的平方反比定律 ▪ 扩展源：朗伯源的辐出度与辐亮度间的关系 ▪ 漫反射面：漫反射体的视亮度与照度间的关系 ▪ 定向辐射体
d
dA cos
l2
辐[射]亮度(或称辐射度) Le 对于小面积的面辐射源，以辐亮度Le来表示其表面不同位置
在不同方向上的辐射特性。
一小平面辐射源的面积为dS，与dS的法线夹角的方向θ上有 一面元dA。若dA所对应的立体角dΩ内的辐通量为dΦe ，
则面源在此方向上的辐亮度为:
式中是面辐射源正对dA的有效面积。辐亮度Le就是该面源在
壳层容纳一定数量的电子。每个电子具有确定的分立能量值， 也就是电子按能级分布。 固体中大量原子紧密结合在一起，而且原子间距很小，以致 使原子的各个壳层之间有不同程度的交叠。最外面的电子壳 层交叠最多，内层交叠较少，如图1-5 所示。壳层的交叠使 外层的电子不再局限于某个原子上，它可能转移到相邻原子 的相似壳层上去，例如电子可以从某个原子的2P壳层转移到 相邻原子的2P壳层，也可能从相邻原子运动到更远的原子的 相近壳层上去。这样电子有可能在整个晶体中运动。晶体中 电子的这种运动称为电子的共有化。外层电子的共有化较为 显著，而内壳层因交叠少而共有化不十分显著。 电子的共有化使本来处于同一能级的电子能量发生微小的差 异。例如，组成固体的N个原子在某一能级上的电子来都具 有相同的能量，由于共有化运动使它们在固体中不仅仅受本 身原子核的作用，而且还受到周围其它原子的作用而具有各 自不同的能量。于是，一个电子能级因受N个原子核的作用 而分裂成N个新的靠得很近的能级。N新能级之间能量差异 极小，而N值很大，于是这N个能级几乎连成一片而形成具 有一定宽度的能带。
其它基本概念 ▪ 点源：照度与距离之间的平方反比定律 ▪ 扩展源：朗伯源的辐出度与辐亮度间的关系 ▪ 漫反射面：漫反射体的视亮度与照度间的关系 ▪ 定向辐射体
d
dA cos
l2
辐射度学与光度学的基础知识
辐射度学与光度学的基础 知识
• 辐射度学基础 • 光度学基础 • 辐射度学与光度学的关系 • 实际应用中的辐射度和光度问题 • 总结与展望
01
辐射度学基础
辐射度学的定义与概念
总结词
辐射度学是研究电磁辐射的发射、传 播、吸收、散射和转换等过程的科学。
详细描述
辐射度学主要关注电磁辐射的能量、 功率、辐射通量、辐射强度等物理量 的测量和计算，以及这些物理量在不 同介质和环境中的变化规律。
02
光度学基础
光度学的定义与概念
总结词
光度学是研究光辐射的度量、测量和应用的学科，它涉及到光辐射的定量描述和测量。
详细描述
光度学主要研究光辐射的属性、度量单位、测量方法和应用。它关注的是光辐射的能量、 功率和辐射通量等物理量的度量，以及这些物理量在不同媒介中的传播、散射和吸收等
行为。
光度量
1. 光通量
光度定律
总结词
光度定律是描述光辐射在不同媒介中传播时遵循的规律， 包括斯涅尔定律、反射定律和折射定律等。
1. 斯涅尔定律
也称为反射定律，它描述了光线在两种不同媒介的交界面 上的反射和折射行为，即入射角等于反射角，折射角与入 射角成正比。
2. 折射定律
当光线从一种媒介进入另一种媒介时，其传播方向会发生 变化，这个变化与两种媒介的折射率有关。折射定律描述 了折射光线与入射光线之间的关系。
光源的辐射度和光度性能
光谱分布
不同光源的光谱分布不同，这决定了它们在颜色 表现、显色指数等方面的性能。
光效
光效是衡量光源效率的指标，光效高的光源在相 同亮度下消耗的电能更少。
寿命与稳定性
光源的寿命和稳定性也是重要的性能指标，它们 决定了光源的使用和维护成本。
• 辐射度学基础 • 光度学基础 • 辐射度学与光度学的关系 • 实际应用中的辐射度和光度问题 • 总结与展望
01
辐射度学基础
辐射度学的定义与概念
总结词
辐射度学是研究电磁辐射的发射、传 播、吸收、散射和转换等过程的科学。
详细描述
辐射度学主要关注电磁辐射的能量、 功率、辐射通量、辐射强度等物理量 的测量和计算，以及这些物理量在不 同介质和环境中的变化规律。
02
光度学基础
光度学的定义与概念
总结词
光度学是研究光辐射的度量、测量和应用的学科，它涉及到光辐射的定量描述和测量。
详细描述
光度学主要研究光辐射的属性、度量单位、测量方法和应用。它关注的是光辐射的能量、 功率和辐射通量等物理量的度量，以及这些物理量在不同媒介中的传播、散射和吸收等
行为。
光度量
1. 光通量
光度定律
总结词
光度定律是描述光辐射在不同媒介中传播时遵循的规律， 包括斯涅尔定律、反射定律和折射定律等。
1. 斯涅尔定律
也称为反射定律，它描述了光线在两种不同媒介的交界面 上的反射和折射行为，即入射角等于反射角，折射角与入 射角成正比。
2. 折射定律
当光线从一种媒介进入另一种媒介时，其传播方向会发生 变化，这个变化与两种媒介的折射率有关。折射定律描述 了折射光线与入射光线之间的关系。
光源的辐射度和光度性能
光谱分布
不同光源的光谱分布不同，这决定了它们在颜色 表现、显色指数等方面的性能。
光效
光效是衡量光源效率的指标，光效高的光源在相 同亮度下消耗的电能更少。
寿命与稳定性
光源的寿命和稳定性也是重要的性能指标，它们 决定了光源的使用和维护成本。
辐射度与光度学的基础知识
Xνλ——光度量；Xeλ——辐射量； Km是常数；V(λ)光谱光视效率。 5. 明视觉和暗视觉：人眼在环境亮度不同时对 颜色的视觉效率不同。 明视觉：光亮度大于几个cd/m2 暗视觉：光亮度小于0.01cd/m2
二、光度的基本物理量
1. 光通量
单位时间内光源发出的光能量（功率）
780nm
K m
注:
1. 光度量的定义和辐射度量的定义只一字之差，‚
2. 3. 4. 5. 辐射‛——“光‛。 下角标有e、λ、ν，辐射量在与其它量同用时 标e。 从表达式可直接说出定义及物理意义 从表达式可直接说出单位 出射度和照度的表达式相同、单位也相同，注 意一个是发射，一个是接收。
三个发射量的区别和关系
是辐射量对人眼视觉的刺激值。是主观的,不管辐射量大小 ,以看到为准。光谱光视效率是评定该刺激值的参数。 基本物理量是发光强度，单位坎德拉。一个光源发出频率 为540*1012Hz的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度
为1/683W/sr,则该光源在该方向上的发光强度为1cd。
一、光谱光视效能和光谱光视效率
光谱光视效能（K） ，描述某一波长的单色光辐射 通量产生多少相应的单色光通量。即光视效能K定 义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比值， 即
Φ ——在波长λ处的光通量 Φeλ ——在波长λ处的辐射通量 单位：流明/瓦特（lm/W）。
νλ
通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率
5401012Hz（波长555nm）处，K有最大值，其
黑体 在物理学中，所谓黑体，是指这样 一种物体，在任何温度下，它将入射的任 何波长的电磁波全部吸收，没有一点反射， 而在相同温度下，它所发射出的热辐射比 任何其他物体都强。 光有多种颜色组成, 黑色吸收所有颜色,不反射任何颜色,即没 有光线进入眼睛时,称之为黑色。如果一个 物体能够全部吸收而不反射投射于其上的 辐射,就称它为绝对黑体,简称为黑体。
辐射度学与光度学的基础知识课件
共同的理论基础
两者都基于物理光学和电磁波理论，研究光与物质的相互作用以及 光的传播、散射、吸收等特性。
交叉应用
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射度学与光度学的知 识是相互补充的。
辐射度学与光度学的区别
研究重点不同
辐射度学更注重光辐射的物理特 性和能量测量，而光度学则关注 光对人眼的视觉效应和光照度的
度量。
测量对象不同
辐射度学测量的是光辐射的能量和 功率，而光度学则测量光照度和亮 度等视觉感知相关的参数。
应用领域有差异
辐射度学在能源、环境监测等领域 有广泛应用，而光度学在照明设计、 视觉科学等领域更为常见。
辐射度学与光度学的应用领域
能源与环境监测
照明工程
辐射度学用于测量太阳辐射、红外辐射等 能源相关领域的光辐射参数，以评估能源 利用效率和环境影响。
仪器性能测试
利用光度学参数对光学仪 器进行性能测试和校准。
视觉科学
研究人眼对光的响应和视 觉感知，提高视觉舒适度 和视觉效率。
在辐射测量和检测技术中的应用
辐射度测量
测量光辐射的能量和功率，用于 太阳能利用、激光技术等领域。
辐射安全与防护
评估辐射对人体的影响，制定辐 射安全与防护措施。
检测技术
利用光度学原理发展各种检测技 术，如光谱分析、荧光分析等。
05 辐射度学与光度学的未来 发展
新的物理量和单位的发展
新的物理量
随着科技的发展，辐射度学与光度学 中可能会引入新的物理量，如光子能 量、光子流密度等，以更好地描述光 辐射和光传输过程中的特性。
新的单位
为了适应新的物理量，可能需要发展 新的单位，如光子能量单位“电子伏 特”等，以提供更准确、更一致的度 量标准。
两者都基于物理光学和电磁波理论，研究光与物质的相互作用以及 光的传播、散射、吸收等特性。
交叉应用
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射度学与光度学的知 识是相互补充的。
辐射度学与光度学的区别
研究重点不同
辐射度学更注重光辐射的物理特 性和能量测量，而光度学则关注 光对人眼的视觉效应和光照度的
度量。
测量对象不同
辐射度学测量的是光辐射的能量和 功率，而光度学则测量光照度和亮 度等视觉感知相关的参数。
应用领域有差异
辐射度学在能源、环境监测等领域 有广泛应用，而光度学在照明设计、 视觉科学等领域更为常见。
辐射度学与光度学的应用领域
能源与环境监测
照明工程
辐射度学用于测量太阳辐射、红外辐射等 能源相关领域的光辐射参数，以评估能源 利用效率和环境影响。
仪器性能测试
利用光度学参数对光学仪 器进行性能测试和校准。
视觉科学
研究人眼对光的响应和视 觉感知，提高视觉舒适度 和视觉效率。
在辐射测量和检测技术中的应用
辐射度测量
测量光辐射的能量和功率，用于 太阳能利用、激光技术等领域。
辐射安全与防护
评估辐射对人体的影响，制定辐 射安全与防护措施。
检测技术
利用光度学原理发展各种检测技 术，如光谱分析、荧光分析等。
05 辐射度学与光度学的未来 发展
新的物理量和单位的发展
新的物理量
随着科技的发展，辐射度学与光度学 中可能会引入新的物理量，如光子能 量、光子流密度等，以更好地描述光 辐射和光传输过程中的特性。
新的单位
为了适应新的物理量，可能需要发展 新的单位，如光子能量单位“电子伏 特”等，以提供更准确、更一致的度 量标准。
大学物理下_第12章_辐射度学和光度学基础
r2
d内的光通量
dv
Ivd
IvdS cos
r2
de
n
dS dS
dS面上的光照度
Ev
dv dS
Iv cos
r2
它描述了点辐射源产生的照度的规律，是 来自均匀点光源向空间发射球面波的特性。
24
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即
K
v e
单位：流明/瓦特（lm/W）
通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率 5401012Hz（波长555nm）处，K有最大值，其数值为 Km=683lm/W。
单色光视效率是K用Km归一化的结果，定义为
V
K Km
1 Km
v e
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
解：（3）激光在屏幕上照射的面积
S r 2 102 3.14 106 3.14 104 m2
d内的光通量
dv
Ivd
IvdS cos
r2
de
n
dS dS
dS面上的光照度
Ev
dv dS
Iv cos
r2
它描述了点辐射源产生的照度的规律，是 来自均匀点光源向空间发射球面波的特性。
24
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即
K
v e
单位：流明/瓦特（lm/W）
通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率 5401012Hz（波长555nm）处，K有最大值，其数值为 Km=683lm/W。
单色光视效率是K用Km归一化的结果，定义为
V
K Km
1 Km
v e
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
解：（3）激光在屏幕上照射的面积
S r 2 102 3.14 106 3.14 104 m2
辐射度与光度学的基础知识
辐射度与光度学的基础知识目录一、辐射度学基础知识 (3)1. 辐射度概念及原理 (4)1.1 辐射度的定义 (5)1.2 辐射度的物理量及其单位 (5)1.3 辐射源的类型与特点 (6)2. 辐射的传播与转换 (7)2.1 辐射的传播方式 (8)2.2 辐射能的转换与传输 (10)2.3 辐射强度的衰减规律 (11)二、光度学基础知识 (12)1. 光度学概述 (13)1.1 光度学的定义与目的 (14)1.2 光学系统的基本组成 (15)1.3 光度学与辐射度学的关系 (16)2. 光学量的测量与计算 (17)2.1 光照度及其测量 (18)2.2 亮度及其计算 (19)2.3 色温与显色指数 (20)三、辐射度与光度在照明设计中的应用 (21)1. 照明设计基本原理 (22)1.1 照明设计的基本要求 (23)1.2 照明设计的步骤与方法 (24)1.3 照明设计的注意事项 (25)2. 辐射度与光度在照明设计中的应用实例 (26)2.1 室内照明设计 (27)2.2 室外照明设计 (28)2.3 特殊场合照明设计 (30)四、辐射安全与防护 (32)1. 辐射安全基础知识 (33)1.1 辐射的种类与特点 (35)1.2 辐射对人体的影响 (36)1.3 辐射安全标准与规范 (37)2. 辐射防护措施及方法 (38)2.1 时间防护 (39)2.2 距离防护 (40)2.3 屏蔽防护 (41)2.4 个人剂量监测与健康管理 (42)五、实验及案例分析 (43)1. 实验教程 (45)1.1 实验一 (46)1.2 实验二 (47)1.3 实验三 (48)2. 案例分析 (49)2.1 案例一 (50)2.2 案例二 (51)一、辐射度学基础知识辐射源与辐射类型：辐射源是发出辐射能量的物体或点。
辐射可以是电磁辐射，如可见光、红外线和紫外线等；也可以是粒子辐射，如电子和光子等。
在光度学中，主要关注的是电磁辐射。
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K
Φ Φ e
光视效率
• 通过对标准光度观察者的实验测定，在辐 射频率540×1012Hz（555nm）处，Kλ有最 大值，其数值为683 lm/W • 光视效率是Kλ用Km归一化的结果
K V ( ) Km
光谱光视效率
• 人眼对不同波长的光的刺激感受是不同的 • 国际照明委员会（CIE） 根据对许多人的大量 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 为视见函数
• 任一光辐射的能量都是辐射在它周围的一定 空间的，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 • 在光辐射测量中，常用的几何量就是立体角 • 一个任意形状的锥面所包含 的空间称为立体角，符号Ω 单位:Sr(球面度或立体弧度)
立体角
• 锥体的立体角定义为：以锥体的顶点为球 心作球面，该锥体在球表面截取的面积与 球半径平方之比
二、辐射通量
• 指单位时间内发射、传输或接收到的辐射 能量，又称辐射功率，单位：W或J/s
• 辐射通量以及由它派生出来的几个辐射度 学中的物理量，属于基本物理量，都可以 用专门的红外辐射计在离开辐射源一定的 距离上进行测量，所以其他辐射量都是由 辐射通量定义的
三、辐射出射度
• 反映物体辐射能力的物理量，定义为辐射 体单位面积向半空间发射的辐射通量
• 辐出度描述了扩展源辐射功率在源表面的 分布特性
四、辐射强度
• 指点辐射源在给定方向上单位立体角内的 辐射通量
• 点辐射源（相对概念）：辐射源与观测点 之间距离大于辐射源最大尺寸10倍；否则 称为扩展源（有一定面积） • 辐射强度是描述点辐射源特性的辐射量
五、辐射亮度
• 指面辐射源在给定方向上单位立体角、单 位投影面积的辐射通量，是描述扩展源表 面不同位置沿空间不同方向的辐射功率分 布特性
一、光能
• 按人眼的感觉强度进行度量的辐射能大小 称为光能，它与辐射能的大小、人眼的视 觉灵敏度成正比
二、光通量
• 单位时间内通过某截面的光能称为通过这一 面积的光通量，单位为流明（lm）
• 40瓦的普通白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因 此可以发出约400流明的光；40W的日光灯输出的光通量大 约是2100流明
第三章
辐射度学与光度学基础
3.0 引 言
• 在研究光（辐射）的产生、传输和探测等 光辐射与物质相互作用时，需要对辐射量 进行度量和定量研究
3.0 引 言
• 辐射度学是一门研究电磁辐射能测量的科学与技 术，对整个电磁波谱范围都适用；是建立在几何 光学基础上是，辐射按直线传播，辐射能是不相 干的 • 光度学只限于可见光范围，是对光能定量研究的 科学，包含人眼特性 • 可见光可用辐射量和光度量两种量值系统来度量
• 单位为cd/m2 （熙提sb；1sb=104cd/m2） • 在给定方向上的光亮度也是该方向上单位 投影面积上的发光强度
部分光源的亮度值（cd/m2）
六、光照度
• 被照物体表面上的单位面积接收到的光通 量
• 单位为勒克斯（lx） 1 lx=1 lm/m2
• 被光均匀照射的物体，距离光源1m处，在 1m2面积上得到的光通量是1 lm时，光源在 该面积上的照度为1 lx，习称“烛光米”
• 单位为坎德拉（cd），是国际单位制中7个基 本单位之一 1 W / Sr 683 • 1cd：光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射， 在此方向上的辐射强度为 1/683W/Sr
光视效能
• 描述某一波长的单色光辐射通量可以产生 多少相应的单色光通量 • 即光视效能Kλ定义为同一波长下测得的光 通量与辐射通量的比值。单位：流明/瓦特 （lm/W）
• 光谱辐射量（略）
光度学的基本物理量
• 很多光源用于照明，照明的效果最终是以 人眼来评定的，因此照明光源的特性只用 辐射能参数来描述是不够的，必须用基于 人眼视觉特性的光学参数来描述 • 光度学量：是生理的，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 人眼所接收到的辐射量的度量
• 描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。 光源的光通量越大，则发出的光线越多 • 人眼对不同波长光感觉不同，即使具有相同 的光通量，产生的明亮程度也可能不同；由 此决定了光通量与光通量的换算关系
三、发光强度
• 点光源在给定方向上单位立体角内发出的光通 量称为发光强度Iv。发光强度是光度量中最基 本的单位，公式为
• 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
立体角
• 以O为球心，r为半径做球面，若立体角Ω截 出的球面部分面积为r² ，则此球面部分对应 的立体角为_______立体角 • 整个球面的面积为4πr²， 对于整个空间的立体角为
一、辐射能
• 以电磁波形式发射、传输或接收的能量称 为辐射能，用Qe表示，单位是J • 一个光子的辐射能 • 辐射能密度：辐射场内单位体积的辐射能
辐射通量与光通量之间的关系
光视效能
K Φ Φ e
K V ( ) Km
• 某波长的光通量
• 多面积向2π的半空间发出的光通 量
• 单位：lm/m2 （流明每平方米）
五、光亮度
• 光源在给定方向上的光亮度Lv，是指在该方 向上的单位投影面积上向单位立体角内发 出的光通量
3.0 引 言
• 在辐射度单位体系中，基本量是辐射能和辐 射通量，是只与辐射客体有关的量，基本单 位是J和W；适用于整个电磁波段 • 光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光 辐射计量单位，被选作基本量的不是光通量 而是发光强度，其单位为cd（坎德拉）；只 适用于可见光波段
3.1 辐射度的基本物理量
• 一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。 有些辐射体的辐射强度在空间方向上分布 满足 • Ie0是面元dS沿其法线方向的辐射强度。符 合上式规律的辐射体称为余弦辐射体或朗 伯体 • 朗伯体的辐射亮度为 • 可见余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与 方向角无关
六、辐射照度
• 定义为受照物体表面的单位面积上接收到 的辐射通量（功率）
七、单色辐射度量
• 对于单色光辐射，同样可以采用上述物理 量表示，只不过均定义为单位波长间隔内 对应的辐射度量 • 对所有辐射量X来说，单色辐射度量与辐射 度量之间均满足
• 以上介绍的几个基本辐射量反映了辐射通 量（功率）的几何分布特性：表面密度分 布和空间角分布 • 任何辐射均有一定的波长分布范围：辐射 的光谱特性。基本辐射量都有对应的光谱 辐射量