工程光学基础第三章光度学和色度学基础

IN dA
常数
余弦辐射体可能是发光面，也可能是投射或反射体
乳白玻璃
漫反射面
余弦辐射体向平面孔径角为U的立体角范围内 发出的光通量：
发光强度的单位为坎德拉，是国际单位制七个 基本量之一，规定为：一个光源发出频率为 540*1012Hz的单色光，在一定方向的辐射强度 为：1/683W/sr, 则该方向上的发光强度为1坎。
发光强度为1坎的匀强点光源，在单位立体角内 发出的光通量为1流明（lm）。
表1 常见发光体表面光亮度的近似值
2. 光学量和辐射量间的关系
在很小的波长范围内： 明视觉条件下：
dv () KmV ()e ()d
暗视觉条件下：
dv () Km V ()e ()d
Km 683lm / w Km 1755lm / w
波长 (nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570
光度学和色度学基础
第5章 光度学和色度学基础
5.1 光度学和色度学基础 5.2 成像系统像面的光照度 5.3 像差理论
5.1 光度学和色度学基础
辐射量：纯粹的描述电磁辐射的物理量； 光学量：视觉感受来度量可见光。
一.辐射量（E）
1. 辐射能: 反射、传输、接收的能量，单位焦耳。（J ）
2.
Qe
3. 2. 辐通量：单位时间内的辐射能，单位瓦特。 （W）
4.
e
dQe dt
3. 辐出度：辐射源单位发射面积发出的辐通量。（W/m2)
Me
d e dA
4. 辐照度：辐射照射面单位受照面积上接收的辐
通量。 （W/m2)
Ee
d e dA
5. 辐强度：点辐射源在单位立体角发出的辐通量。
（W/sr）
Ie
表2 常见受照物体表面光照度值
被照表面
照 度 （lx）
无月夜间在地面上生产的照度
满月在天定时对地面产生的照 度 辨认方向所需要的照度 办公室工作所必需的照度 晴朗夏日采光良好时室内照度 太阳直射的照度
3×10-4 0.2
1 20~100 100~500
105
三. 光学量和辐射量间的关系
1. 光谱光效率函数 光学量和辐射量间的关系取决于人眼的视觉特性。 人眼对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数： 明视觉光谱光效率函数 V () 的峰值 = 5.55×10-7m 暗视觉光谱光效率函数 V '() 的峰值 = 5.07×10-7m
在整个可见光谱范围内：
明视觉：
780
v 380 KmV ()e ()d
暗视觉：
780
v 380 Km V ()e ()d
四 、光传播过程中光学量的变化规律 1. 点光源在与之距离为r处的表面形成的照度
d E
dA
d Id
d cosdA
r2
d
I
cosdA
r2
E
I r2
cos
I为发光强度
d e d
6.辐亮度： 发光源的元面积在 方向的辐亮度为
该辐射面在垂直于该方向的平面上的单位投影
面积在单位 立体角内发出的辐通量。(W/(Sr·m2))
Le
d e
cosdAd
二. 光学量
与辐射量相对应，有以下的光学量（下标V） 1.光通量；单位流明(lm)；对人眼刺激程度 2.光出射度(lm/m2) ； 3.光照度(1 lx = 1 lm/m2) ； 4.发光强度(1 cd = 1 lm/sr) ； 5.光亮度(cd/m2) 。
V’(λ)
0.0655 0.03315 0.01593 0.0074 0.00334 0.0015 0.00068 0.000313 0.000148 0.000072 0.000035 0.000018 0.000009 0.0000048 0.0000026 0.0000014 0.00000076 0.00000043 0.00000024 0.00000014
0.1212
波长 (nm) 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780
V(λ)
0.7570 0.6310 0.5030 0.3810 0.2650 0.1750 0.1070 0.0610 0.0320 0.0170 0.0082 0.0041 0.0021 0.00105 0.00052 0.00025 0.00012 0.00006 0.00003 0.000015
光源 名 称
在地球上看到的太阳 普通电弧 太阳照射下漫射的白色表面 钨丝白炽灯灯丝 在地球上看到的月亮表面 人工照明下书写阅读时的纸面 白天的晴朗天空 超高压气体放电灯
亮 度 （cd/m2）
15×108 15×107 3×104 (500~1500)×104 25×102
10 5×103 25×108
点光源在被照表面形成的照度与被照面到
光源距离的平方成反比—照度平方反比定律。
2. 面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
E
d dA
LdAs
cos1
r2
cos2
3. 单一介质元光管内光亮度的传递
两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的 空间，就是一个元光管。
光在元光管传播，无光能损失。
d1
L1
cos1dA1d1
580
V(λ)
0.00004 0.00012 0.0004 0.0012 0.0040 0.0116 0.023 0.038 0.060 0.091 0.139 0.208 0.323 0.503 0.710 0.862 0.954 0.995 0.995 0.952
0.870
V来自百度文库(λ)
0.000589 0.002029 0.00929 0.03484 0.0966 0.1998 0.3281 0.4550 0.5670 0.6760 0.793 0.904 0.982 0.997 0.935 0.811 0.650 0.481 0.3288 0.2076
L1
cos1dA1
dA2
cos2
r2
同理：
d 2
L2
cos2dA2
dA1 cos1
r2
d1 d2 L1 L2
所以，光在元光管内传播，各截面上的光亮度相同
4. 余弦辐射体
发光强度空间分布可用 下式表示的发光表面：
I I N cos
余弦辐射体在各方向的 光亮度相同：
L
I
dA cos
I N cos dA cos