第六章辐射度学和光度学基础应用光学PPT课件
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应用光学第六章光能及其计算
• 2、光出射度 MV
• 光源单位发光面积发出的光通量，单 位为流明每平方米（ 3、光照度 EV 单位受照面积接受的光通 量，单位名称是勒克斯（lx ）。1lx 1lm/ m2
EV
dV ds
• 4、发光强度 IV 点光源的发光强度等于
点光源在单位立体角内发出的光通量，单
IN ds
常数
• 余弦辐射体向平面孔径角为的立体角范围
内发出的光通量可用下式计算
2 U
Lds
sin i cosidid
0 0
Ldssin 2 U
• If the surface of the lighted object has the same luminance(光亮度) in all
1、辐（射能）通量 e
辐通量 ：在单位时间内通过某一面积的辐 射能量的大小称为辐射通量。单位是w （瓦）。用 e表示。
2、辐[射]出[射]度 M e
辐射源单位发射面积发出的辐通量，通
常以 M e 表示，单位为瓦特每平方米。
Me
d e ds
3、辐[射]照度 Ee
辐射照射面单位受照面积上接受的辐 通量，以Ee 表示。假定受照面的微面积ds 上接受的辐通量d为e ，则辐照度为
• 5、辐[射]亮度 Le
有限尺寸辐射源
•
元面积为ds的辐射面，在和表面法线 N
成 角方向，在元立体角 d内发出的辐通
量为 de，则辐亮度为
Le
d e
cosdsd
• 单位是瓦特每球面度平方米 。
二、光度学
• 1、光通量V
• 辐射能中能引起人眼视觉的那一部分 辐射通量，单位为流明（lm）。
• 光源单位发光面积发出的光通量，单 位为流明每平方米（ 3、光照度 EV 单位受照面积接受的光通 量，单位名称是勒克斯（lx ）。1lx 1lm/ m2
EV
dV ds
• 4、发光强度 IV 点光源的发光强度等于
点光源在单位立体角内发出的光通量，单
IN ds
常数
• 余弦辐射体向平面孔径角为的立体角范围
内发出的光通量可用下式计算
2 U
Lds
sin i cosidid
0 0
Ldssin 2 U
• If the surface of the lighted object has the same luminance(光亮度) in all
1、辐（射能）通量 e
辐通量 ：在单位时间内通过某一面积的辐 射能量的大小称为辐射通量。单位是w （瓦）。用 e表示。
2、辐[射]出[射]度 M e
辐射源单位发射面积发出的辐通量，通
常以 M e 表示，单位为瓦特每平方米。
Me
d e ds
3、辐[射]照度 Ee
辐射照射面单位受照面积上接受的辐 通量，以Ee 表示。假定受照面的微面积ds 上接受的辐通量d为e ，则辐照度为
• 5、辐[射]亮度 Le
有限尺寸辐射源
•
元面积为ds的辐射面，在和表面法线 N
成 角方向，在元立体角 d内发出的辐通
量为 de，则辐亮度为
Le
d e
cosdsd
• 单位是瓦特每球面度平方米 。
二、光度学
• 1、光通量V
• 辐射能中能引起人眼视觉的那一部分 辐射通量，单位为流明（lm）。
第六章辐射度学和光度学基础应用光学
应用光学讲稿 计算举例：有一均匀磨砂球形灯,直径为17cm,光通量为2000lm,求该 灯的光亮度.
解:根据光亮度与发光强度的关系来求.
L
I dsn
2000 I 159.15cd 4 0.17 2 2 dsn R灯 ( ) 2.27 102 m 2 2 159.15 3 2 L 7 10 cd / m 2.27 102
一、立体角的意义和单位
平面上的角：
B 0 r A
弧度
AB AOB 弧度 r
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 Ω＝
s r2
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4π r2,对应立体角为Ω ＝ 2 r
ds
ds
d
l
2
l2
ds. cos d I . l2
E
d I . cos ds l2
应用光学讲稿 注意：公式是在点光源情况下导出的，对于发光面积和照明距离 相比很小的情况也可以用。发光面积大时，如日光灯在室内照明， 就不能用了；但室外用日光灯，在远距离照度时可以应用。 问题：同样一间屋子，用60W钨丝灯比用40W钨丝灯照明显 得亮？ 发光效率K相同， K e
d e Ie d
N
α dΩ
dФe
0
• 单位是瓦/球面度,
W/sr
A
ds
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dФ e，
A
dФe
ds
• 则辐出射度为
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。
应用光学第6章
dΦV EV = ds
（6－7）
光照度的单位名称是勒克斯（lx）。1 lx=1lm/m2。
第6章 光度学和色度学基础
4.发光强度 I V 点光源向各方向发出可见光， 在某一方向，在元立体角 d Ω 内发出的光通量为 dΦV ，则点光源在该方向上的发光 强度 I V 为
dΦV IV = dΩ
（6－8）
6.2 光传播过程中光学量的变化规律
6.2.1 点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度 如图6－3所示，设点光源S的发光强度为I，在距光源r处 有一元面积为ds的平面，其法线与r方向成θ角。根据照度的 定义，点光源S在ds面上形成的照度为
dΦ E= ds
（6－15）
第6章 光度学和色度学基础
图6－3 点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
（6－20）
dΦ = dΦ′ + dΦ1
即
d d d1 (1 - )d
（6－21）
由图6－6可知
d sin idid d sin idid
dΦe Ie = dΩ
辐射强度的单位为瓦特每球面度（W/sr）。
（6－4）
第6章 光度学和色度学基础
6.辐(射)亮度Le
为了表征具有有限尺寸辐射源辐通量的空间分布，采用 “辐亮度”这样一个辐射量。元面积为ds的辐射面，在和表 面法线N成θ 角的方向，在元立体角dΩ 内发出的辐通量为 dΦ e，则辐亮度Le为
由图6-5，光束通过微面积的光通量为
ds2 cosi2 dΦ1 = L1 cosi1ds1dΩ1 = L1 cosi1ds1 r2
同样，光束通过时的光通量为
ds1 cosi1 dΦ2 = L2 cosi2 ds2 dΩ2 = L2 cosi2 ds2 r2
光度与辐射度基础课件
照明设计 节能减排
光度与辐射度在光学仪器中的应用
光学测量
图像处理
在图像处理领域，光度和辐射度参数 可用于增强图像对比度和清晰度，提 高图像质量。
光度与辐射度在环境保护中的应用
环境监测
生态保护
光度与辐射度在医学领域的应用
医学影像
医学影像技术中，光度和辐射度参数对于提高影像质量和诊断准确率具有重要作 用。
在光谱分析中，辐射度是测量和分析 物质吸收、发射光谱的关键参数，有 助于了解物质的性质和组成。
光度测量技术
光度测量定义 光度测量仪器 光度测量应用
辐射度测量技术
辐射度测量定义
辐射度测量仪器
辐射度测量应用
光度与辐射度测量技术的发展趋势
高精度测量
智能化测量
多维测量
光度与辐射度在照明工程中的应用
光度量单位
01
02
瓦特（W）
坎德拉（cd）
03 流明（lm）
光度量与其他物理量的关系
01
光功率与光强度、光通量的关系
02
光强度与发光角度的关系
03
光通量与其他物理量的关系
辐射度量定义 01 02
辐射度量ห้องสมุดไป่ตู้位
除此之外，还有其他的单位如焦耳（J ）、瓦特小时（Wh）等，用于描述不 同形式的能量和功率。
辐射度量与其他物理量的关系
辐射度量与光度量有密切的联系， 光度量是描述光源发光强弱的物 理量。
辐射度量和光度量都是描述光和 电磁辐射的重要物理量，它们在
某些场合可以互相转换。
此外，辐射度量还与温度、颜色 等其他物理量有关，这些物理量 之间存在一定的关系和转换公式。
光度与辐射度的联系
两者都是描述光源辐射能力的物理量，光度用于描述人眼可见光的辐射，而辐射度 则用于描述整个电磁波段的辐射。
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。
辐射度学与光度学基础课件
d
dS cos
R2
dS
θ为dS 与投影面积 dA的夹角，
R为O 到dS中心的距离。
o
R dA
特例： 整个球面所对应的立体角：
4R 2 4
R2
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4π空间.)
同理，半球所对应的立体角为2π空间。
一、辐射度学的基本物理量
1．辐射能Q
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)。
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Ф（λ）
辐射源发出的光在波长λ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／μm(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：
人眼的光谱光视效率的数值
波长（nm） 明视觉
暗视觉
波长（nm） 明视觉
暗视觉
明视觉光谱光视效率
实线：亮度大于3cd/m2时的明视觉光谱光视效率，用V(λ) 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。
暗视觉光谱光视效率
Vˊ(λ)
V(λ)
虚线：亮度小于0.001cd/㎡ 时的暗视觉光谱光视效 率，用Vˊ(λ)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；
辐射度学与光度学
光电探测：本质上说，就是要定量地测量 光辐射的强度。
首先要解决光辐射的描述问题
电磁波
远红外 红外 近红外
可见光
紫外 Γ射线 X射线
第六章 辐射度学和光度学基础 PPT课件
Φ K Φe 15 60 900lm
I Φ 71.62cd
4
§6-4 光度学中的基本量
二、光出射度和光照度
✓发光体单位面积发射的光通量，称光出射度，记作 M ✓接受体单位面积接收到的光通量，称光照度，记作 E
M dΦ dS
M Φ S
E dΦ dS
EΦ S
光照度的单位为：勒克斯（lx）
E0
'
4
L
D f'
2
D f'
2
T
D f'
2
F
FF FT
E0 '
4
L
D f'
2 T
§6-9 照相物镜像平面的光照度和光圈数
例：有一照相物镜透过率为0.85，T制光圈为1:2，求F制光圈。
0.85
FT 2
FF FT
FF FT 1.84
F制光圈1:1.84
§6-9 照相物镜像平面的光照度和光圈数
若灯泡均匀发光：
Φ 4I 3670lm
若用充气钨丝灯泡
u' u
2.5m
K 15lm/W
Φ Φe K 245W
150mm 15m
§6-4 光度学中的基本量
三、光亮度
✓发光体在某方向上单位面积单位立体角发射的光通量，称光亮度，记
作L
dΦ I
L
ddSn dSn
dSn dS cos
A dS
50°
30°
0.563
60°
E' / E0 '
0.344
0.171
0.063
如果存在渐晕，面渐晕系数为K
E' K cos4 '
I Φ 71.62cd
4
§6-4 光度学中的基本量
二、光出射度和光照度
✓发光体单位面积发射的光通量，称光出射度，记作 M ✓接受体单位面积接收到的光通量，称光照度，记作 E
M dΦ dS
M Φ S
E dΦ dS
EΦ S
光照度的单位为：勒克斯（lx）
E0
'
4
L
D f'
2
D f'
2
T
D f'
2
F
FF FT
E0 '
4
L
D f'
2 T
§6-9 照相物镜像平面的光照度和光圈数
例：有一照相物镜透过率为0.85，T制光圈为1:2，求F制光圈。
0.85
FT 2
FF FT
FF FT 1.84
F制光圈1:1.84
§6-9 照相物镜像平面的光照度和光圈数
若灯泡均匀发光：
Φ 4I 3670lm
若用充气钨丝灯泡
u' u
2.5m
K 15lm/W
Φ Φe K 245W
150mm 15m
§6-4 光度学中的基本量
三、光亮度
✓发光体在某方向上单位面积单位立体角发射的光通量，称光亮度，记
作L
dΦ I
L
ddSn dSn
dSn dS cos
A dS
50°
30°
0.563
60°
E' / E0 '
0.344
0.171
0.063
如果存在渐晕，面渐晕系数为K
E' K cos4 '
第六章辐射度学与光度学基础C_应用光学
应用光学讲稿 §6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位
三、辐出射度，辐照度
在辐射体上A点附近取一面元ds，假定在ds上辐射出的 总辐射通量为dΦe ，
A点的辐出射度为：
Me
de dS
de A ds
单位：瓦每平方米（W/m2）
描述辐射体表面任一点A处的辐射强弱。
应用光学讲稿 §6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位
应用光学讲稿 §6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用 二、立体角的应用
u
A
r
假定有一光学系统，对轴上点A成像，孔径角为u，问这个圆 锥角对应的立体角多大？
根据立体角的定义： Ω＝
s r2
以A为球心，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，即为该圆锥对应的立体角。
应用光学讲稿 §6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用
辐射通量就是辐射功率。
应用光学讲稿 §6-2 辐射度学中的基本量
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Φeλ表示辐射通量按波长分布的特性。
设波长λ→△λ范围内辐射功率为△ Φλ
e
lim
0
d
d
总辐射功率：
e 0 ed
应用光学讲稿 §6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位
平面上的角：
AOB AB r
A Or B
∠AOB（弧度）
应用光学讲稿 §6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用
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称为立体角
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。
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。
第六章辐射度学与光度学基础
• 发光体都是在它周围一定空间内辐射能 量的，是立体空间问题
• 定义：一个任意形状的封闭锥面所包含的空
间 • 计算公式：d Ω =ds/r2
dΩ
• 单位：
以锥顶为球心，以r为半径作一圆球，如果锥面在圆 球上所截出的面积等于r2,则该立体角为一个“球面 度”（sr）。
例：整球面的面积4πr2,则这个空间为4 π球面度
• dS1输入到dS2内的光通量为dΦ1
d1
L1
cos1dS1d1
L1
cos1dS1
dS2
cos2
l2
• 从dS2射出的dΦ2
d2
L2
cos2dS2d2
L2
cos2dS2
dS1
cos1
l2
• 若不考虑光能损失
d1 d2
L1 L2
结论：光在同一介质中传播，忽略散射及吸收，则在传播中的 任一截面上，光通量与亮度不变。光束的亮度就是光源的亮度
A ds′
计算举例：
如下照明器，在15m远的地方照明直径为2.5m的圆 面积，要求达到平均照度为50lx，聚光镜的焦距 为150mm，通光直径也等于150mm，试求灯泡 的发光强度和灯泡通过聚光镜成像后在照明范围 内的平均发光强度，以及灯泡的功率和位置。
解： 均匀照明下：
ES 50 (1.25)2 246lm
L
辐射量和光学量的对应关系
3.辐射度学中的基本量
• 辐射通量（单位：W） 功率
定义：单位时间内该辐射体所辐射的总能量
Φeλ
光谱密集度：
e
d
d
e 0 ed
Δλ
λ
• 辐射强度（单位：W/sr）
• 定义：一个任意形状的封闭锥面所包含的空
间 • 计算公式：d Ω =ds/r2
dΩ
• 单位：
以锥顶为球心，以r为半径作一圆球，如果锥面在圆 球上所截出的面积等于r2,则该立体角为一个“球面 度”（sr）。
例：整球面的面积4πr2,则这个空间为4 π球面度
• dS1输入到dS2内的光通量为dΦ1
d1
L1
cos1dS1d1
L1
cos1dS1
dS2
cos2
l2
• 从dS2射出的dΦ2
d2
L2
cos2dS2d2
L2
cos2dS2
dS1
cos1
l2
• 若不考虑光能损失
d1 d2
L1 L2
结论：光在同一介质中传播，忽略散射及吸收，则在传播中的 任一截面上，光通量与亮度不变。光束的亮度就是光源的亮度
A ds′
计算举例：
如下照明器，在15m远的地方照明直径为2.5m的圆 面积，要求达到平均照度为50lx，聚光镜的焦距 为150mm，通光直径也等于150mm，试求灯泡 的发光强度和灯泡通过聚光镜成像后在照明范围 内的平均发光强度，以及灯泡的功率和位置。
解： 均匀照明下：
ES 50 (1.25)2 246lm
L
辐射量和光学量的对应关系
3.辐射度学中的基本量
• 辐射通量（单位：W） 功率
定义：单位时间内该辐射体所辐射的总能量
Φeλ
光谱密集度：
e
d
d
e 0 ed
Δλ
λ
• 辐射强度（单位：W/sr）
辐射度学与光度学基本知识PPT课件
法向亮度
L I0 I0
A cos A
θ方向亮度
L
I
A cos
因为漫辐射源各方向亮度相等 （上二式相等），则Iθ=I0cosθ
，即
L=
Lθ，
• 该式是朗伯余弦定律的另一种形式，叙述为
“各个方向上辐射亮度相等的发射表面，其辐
射强度按余弦规律变化”。（物理意义）
第35页/共69页
二、漫辐射源的辐射特性
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第1△4页A/共的69投页 影面积
• 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
单L 位lA：im00w /(A㎡2·Sr)
2
2
瓦A/（平方A米·球co面s
球面度。
• 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
d
dS cos
R2
• 其中θ为dS 与投影面积 dA的夹角，R为O 到dS 中心的距离。
第5页/共69页
[例]
• 1、球面所对应的立体角：根据定义 S
R2
• 全球所对应的立体角
4R 2
R2
4
• (全球所对应的立体角是整个空间，又称为4π空间.)
第3页/共69页
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A平方
之比，即
R2
第4页/共69页
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15
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
16
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
5
• 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
10
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
11
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。
12
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
7
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
1
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
2
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
14
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
13
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
8
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
3
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
6
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
17
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，
1
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
9
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)