照明光学设计基础知识
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• 可以得到人眼看到的光照范围。如图考虑到人眼 仅对光强一半以上的有视觉效应，且视为均匀的， 看到的光照范围光照中心为圆心, 直径20mm范围 内。再此之外范围虽然有光照度，但人眼感觉不 到。
• 如图示是光强分布曲线，此图对应灯具示意图中 过原点yoz平面光强分布图
• 光强最大值为0.17cd
• 光束角 θ 为120度。（光强半强所覆盖的范围）
• 做为照明工程设计人员应该知道亮度学和照度学 的分别为：前者是研究一个光源的发光特性，后 者为被照物体的光照特性；前者的物理量有光通 量（单位：lm）、发光强度（单位：cd描述点光 源）亮度（单位：cd/m2描述面光源）后者的物理 量为照度（单位：lux)
4
即整个空间等于4 π球面度
• 立体角是平面角向三维空间的推广。在二 维空间，2π角度覆盖整个单位圆。
• 在三维空间， 4π的球面度立体角覆盖整个 单位球面。
从一个球面上去处1球面度立体Байду номын сангаас的圆锥
计算微元立体角的几何关系
几个概念
• 反射，折射，透射，吸收： • 1．据能量守衡定律，材料的反射系数+透射系数+吸收系数=1 • 铝（普通）的反射系数为60-73%，吸收系数为27-40%。 • 铝（电解抛光）的反射系数为75-84%（光泽），62-70%（无光）。 • 铬反射系数为65%，吸收系数为35%。 • 2．光的反射分类：定向反射（Specular Reflection），散反射
度是不相同的。 ➢在光度学中，为了表示这种差别，定义V (λ)为“视
见函数”（光谱光视效率）。
➢视见函数
• 把人眼对黄光的视觉灵敏度作为基准，其 它色光的视觉灵敏度与黄光的视觉灵敏度 相比，得出各种色光的相对视觉灵敏度， 称为视见函数，用V(λ)表示。
➢把人眼最灵敏波长（λ=555nm）的视见函数 规定为1，即V(555)=1
照明光学基础知识
2008.1.21
第一章 光度学照度学 基础
• 研究可见光的测试、计量和计算称为 “光度学”
人眼的视见函数
➢可见光 –光的辐射能中能引起人眼的视觉效应的区域。
• 这个区域从400纳米到760纳米。 • 人眼观察辐射体时，其视觉强弱与辐射波长和
辐射强度（某一方向）有关 ➢在可见光中不同波长的光所引起的视觉效应的灵敏
照度、亮度图解读
• 通过照度图和亮度图可得到照明灯具的全 部配光信息
灯具照明示意图
照射面
θ 灯具
灯具照明中心垂直照射接收面
照射面
观察者位于 灯具位置沿 着光束中心 线观察
灯具
• 如图所示灯具垂直照射接收面光束角度为θ
• 设此图是接收面的照度图。每种颜色代表一定强 度范围内的光照度，绿色代表照度最大最大值为 627.63lux，黑色照度最小。横坐标为接收面x方 向坐标，纵坐标为接收面y方向坐标，原点处对应 灯具中心到接收面垂线的垂足。
(Spread Reflection)，漫反射(Diffuse Reflection)，混合反射 (Compound Reflection)。 • 3．折射：水的临界折射角为48.5°，玻璃的临界折射角为30°到 40°。玻璃的折射率为1.5左右。 • 4．光的透射分类：定向透射，散透射(Spread Transmission)，漫透 射(Diffuse Transmission)，混合透射(Mixed Transmission)。 • 5．光在玻璃表面垂直入射时，入射光在入射面被反射4%，在透过面 被反射3-4%，被吸收2-8%，透过率为80-90%。 • 6．材料的表面的光反射和光透射具有光谱选择性。
而40W的荧光灯的全部辐射约为2300lm
• 1lm表示在某一方向上的发光强度为1cd的 发光体在单位立体角内的通光量，即
1lm1cdsr
发光强度
➢它表示在指定方向上光源发光的强弱，即 单位立体角内发出的光通量
d I
d
➢发光强度的单位为坎德拉 （1lm/sr=1cd）
➢对于均匀点光 源
I
4
➢ 1cd（坎德拉）代表发光体发出的电磁波频 率为540X1012Hz的单色辐射（波长为 555nm），且在此方向上的辐射强度为 （1/683）W/sr
➢1坎德拉等于光源在1个立体弧度内产生1流 明的光通量
➢坎德拉是光度学中最基本的单位，也是国 际基本计量单位之一。
光照度
➢当某一表面被发光体照明，用光照度E 来表示被照明表面A处的照明强弱 E d
dS
➢在均匀照明情况下
E
S
• 光照度表示被照明的表面单位面积上所接 收的光通量。
• 单位为勒克斯（lx）。 • 1lx等于1m2面积上发出或接收1lm的光能
➢光亮度的单位为坎（德拉）/米2（cd/m2）
L I I
L I d
dSn dScos
dSn dScosd
I d d
光亮度表示发光面上单位投影面 积在单位立体角内所发出的光通 量，表示面光源物理量
立体角的意义和它在光度学中的应用
• 立体角的定义：
一个任意形状的
封闭锥面所包含
的空间称为立体
Ω
角，用Ω表示。
量，即：
1lx1lm/m2
光亮度
• 前面所讲的概念并不能表示发光面不同方 向的发光特性。
• 用光亮度来表示发光表面不同位置和不同 方向的发光特性。
• 在该方向上单位投影面积的发光强度。
I
N O
dΩ α A dS
L I I
dSn dScos
➢L表示发光面上A点处在AO方向上的发光特性
➢光亮度等于发光表面上某点周围的微面在给 定方向上的发光强度除以该微面在垂直于给 定方向的投影面积
立体角定义图
以锥体顶点为 球心，任意r为半径 作一球面，此锥体 在球面上的截面为S， 则立体角表示为
S r2
S Or
➢ 立体角单位：以锥顶为球心，以r为半径作
一圆球，若锥面在原球上所截出的面积等于r2， 则该立体角为一个“球面度”（sr）。
➢整个球面的面积为4πr2, 对于整个空间有
4r2
r2
➢V(λ)≤1
➢不同人在不同观察条件下的视觉函数略有差 别
V()
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
400 450 500 550 600 650 700
/nm
光通量
• 光通量是描述客观辐射通量所引起的人眼视觉强 弱的物理量,是光度学中的基本物理量
• 光通量的单位是流明（lm） • 一只40W白炽灯的全部辐射的光通量为500lm，
• 如图示是光强分布曲线，此图对应灯具示意图中 过原点yoz平面光强分布图
• 光强最大值为0.17cd
• 光束角 θ 为120度。（光强半强所覆盖的范围）
• 做为照明工程设计人员应该知道亮度学和照度学 的分别为：前者是研究一个光源的发光特性，后 者为被照物体的光照特性；前者的物理量有光通 量（单位：lm）、发光强度（单位：cd描述点光 源）亮度（单位：cd/m2描述面光源）后者的物理 量为照度（单位：lux)
4
即整个空间等于4 π球面度
• 立体角是平面角向三维空间的推广。在二 维空间，2π角度覆盖整个单位圆。
• 在三维空间， 4π的球面度立体角覆盖整个 单位球面。
从一个球面上去处1球面度立体Байду номын сангаас的圆锥
计算微元立体角的几何关系
几个概念
• 反射，折射，透射，吸收： • 1．据能量守衡定律，材料的反射系数+透射系数+吸收系数=1 • 铝（普通）的反射系数为60-73%，吸收系数为27-40%。 • 铝（电解抛光）的反射系数为75-84%（光泽），62-70%（无光）。 • 铬反射系数为65%，吸收系数为35%。 • 2．光的反射分类：定向反射（Specular Reflection），散反射
度是不相同的。 ➢在光度学中，为了表示这种差别，定义V (λ)为“视
见函数”（光谱光视效率）。
➢视见函数
• 把人眼对黄光的视觉灵敏度作为基准，其 它色光的视觉灵敏度与黄光的视觉灵敏度 相比，得出各种色光的相对视觉灵敏度， 称为视见函数，用V(λ)表示。
➢把人眼最灵敏波长（λ=555nm）的视见函数 规定为1，即V(555)=1
照明光学基础知识
2008.1.21
第一章 光度学照度学 基础
• 研究可见光的测试、计量和计算称为 “光度学”
人眼的视见函数
➢可见光 –光的辐射能中能引起人眼的视觉效应的区域。
• 这个区域从400纳米到760纳米。 • 人眼观察辐射体时，其视觉强弱与辐射波长和
辐射强度（某一方向）有关 ➢在可见光中不同波长的光所引起的视觉效应的灵敏
照度、亮度图解读
• 通过照度图和亮度图可得到照明灯具的全 部配光信息
灯具照明示意图
照射面
θ 灯具
灯具照明中心垂直照射接收面
照射面
观察者位于 灯具位置沿 着光束中心 线观察
灯具
• 如图所示灯具垂直照射接收面光束角度为θ
• 设此图是接收面的照度图。每种颜色代表一定强 度范围内的光照度，绿色代表照度最大最大值为 627.63lux，黑色照度最小。横坐标为接收面x方 向坐标，纵坐标为接收面y方向坐标，原点处对应 灯具中心到接收面垂线的垂足。
(Spread Reflection)，漫反射(Diffuse Reflection)，混合反射 (Compound Reflection)。 • 3．折射：水的临界折射角为48.5°，玻璃的临界折射角为30°到 40°。玻璃的折射率为1.5左右。 • 4．光的透射分类：定向透射，散透射(Spread Transmission)，漫透 射(Diffuse Transmission)，混合透射(Mixed Transmission)。 • 5．光在玻璃表面垂直入射时，入射光在入射面被反射4%，在透过面 被反射3-4%，被吸收2-8%，透过率为80-90%。 • 6．材料的表面的光反射和光透射具有光谱选择性。
而40W的荧光灯的全部辐射约为2300lm
• 1lm表示在某一方向上的发光强度为1cd的 发光体在单位立体角内的通光量，即
1lm1cdsr
发光强度
➢它表示在指定方向上光源发光的强弱，即 单位立体角内发出的光通量
d I
d
➢发光强度的单位为坎德拉 （1lm/sr=1cd）
➢对于均匀点光 源
I
4
➢ 1cd（坎德拉）代表发光体发出的电磁波频 率为540X1012Hz的单色辐射（波长为 555nm），且在此方向上的辐射强度为 （1/683）W/sr
➢1坎德拉等于光源在1个立体弧度内产生1流 明的光通量
➢坎德拉是光度学中最基本的单位，也是国 际基本计量单位之一。
光照度
➢当某一表面被发光体照明，用光照度E 来表示被照明表面A处的照明强弱 E d
dS
➢在均匀照明情况下
E
S
• 光照度表示被照明的表面单位面积上所接 收的光通量。
• 单位为勒克斯（lx）。 • 1lx等于1m2面积上发出或接收1lm的光能
➢光亮度的单位为坎（德拉）/米2（cd/m2）
L I I
L I d
dSn dScos
dSn dScosd
I d d
光亮度表示发光面上单位投影面 积在单位立体角内所发出的光通 量，表示面光源物理量
立体角的意义和它在光度学中的应用
• 立体角的定义：
一个任意形状的
封闭锥面所包含
的空间称为立体
Ω
角，用Ω表示。
量，即：
1lx1lm/m2
光亮度
• 前面所讲的概念并不能表示发光面不同方 向的发光特性。
• 用光亮度来表示发光表面不同位置和不同 方向的发光特性。
• 在该方向上单位投影面积的发光强度。
I
N O
dΩ α A dS
L I I
dSn dScos
➢L表示发光面上A点处在AO方向上的发光特性
➢光亮度等于发光表面上某点周围的微面在给 定方向上的发光强度除以该微面在垂直于给 定方向的投影面积
立体角定义图
以锥体顶点为 球心，任意r为半径 作一球面，此锥体 在球面上的截面为S， 则立体角表示为
S r2
S Or
➢ 立体角单位：以锥顶为球心，以r为半径作
一圆球，若锥面在原球上所截出的面积等于r2， 则该立体角为一个“球面度”（sr）。
➢整个球面的面积为4πr2, 对于整个空间有
4r2
r2
➢V(λ)≤1
➢不同人在不同观察条件下的视觉函数略有差 别
V()
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
400 450 500 550 600 650 700
/nm
光通量
• 光通量是描述客观辐射通量所引起的人眼视觉强 弱的物理量,是光度学中的基本物理量
• 光通量的单位是流明（lm） • 一只40W白炽灯的全部辐射的光通量为500lm，