5 光度学与色度学基础
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《光度学与色度学》课件
量和方向等属性。
03
光的相干性
相干光是指频率、振动方向和 相位都相同的光，具有干涉和
衍射等特性。
光度量基本概念
03
光照度
发光强度
光亮度
表示单位面积上接受到的光通量，单位为 勒克斯（Lux）。
表示光源在给定方向上的光强，单位为坎 德拉（Candela）。
表示单位面积上发出的光强，单位为尼特 （Nit）。
《光度学与色度学》PPT课 件
目录
• 光度学基础 • 色度学基础 • 光度测量与照明设计 • 色度测量与显示技术 • 光度学与色度学的应用
01
光度学基础
光的本质与特性
01
光的波动性
光是一种电磁波，具有振幅、 频率和相位等波动特性。
02
光的粒子性
光具有粒子特性，可以表现为 能量子的形式，具有能量、动
亮度计
测量物体表面的反射光亮度，常用于显 示屏幕亮度的测量。
照明设计基础
照明目的与需求
根据不同的使用场景和需 求，如阅读、工作、娱乐 等，选择合适的照明方式 和灯具。
照明质量
包括照度、均匀度、色温 、显色指数等参数，直接 影响照明效果和舒适度。
灯具选择
根据照明需求和场景，选 择合适的灯具类型和规格 ，如吊灯、壁灯、台灯等 。
照明设计案例分析
家庭照明设计
根据家庭成员的生活习惯和喜好，结合房间的功能和布局，进行合理的照明规 划和布置。
商业照明设计
根据商业场所的特点和需求，如商场、餐厅、办公室等，进行专业的照明设计 和布置，提高商业空间的品质和吸引力。
04
色度测量与显示技术
色度测量设备与技术
色度测量设备
色度计是用于测量物体颜色的仪器，其原理基于光谱光度测 量。常用的色度计类型包括光谱光度计和积分球光度计。
03
光的相干性
相干光是指频率、振动方向和 相位都相同的光，具有干涉和
衍射等特性。
光度量基本概念
03
光照度
发光强度
光亮度
表示单位面积上接受到的光通量，单位为 勒克斯（Lux）。
表示光源在给定方向上的光强，单位为坎 德拉（Candela）。
表示单位面积上发出的光强，单位为尼特 （Nit）。
《光度学与色度学》PPT课 件
目录
• 光度学基础 • 色度学基础 • 光度测量与照明设计 • 色度测量与显示技术 • 光度学与色度学的应用
01
光度学基础
光的本质与特性
01
光的波动性
光是一种电磁波，具有振幅、 频率和相位等波动特性。
02
光的粒子性
光具有粒子特性，可以表现为 能量子的形式，具有能量、动
亮度计
测量物体表面的反射光亮度，常用于显 示屏幕亮度的测量。
照明设计基础
照明目的与需求
根据不同的使用场景和需 求，如阅读、工作、娱乐 等，选择合适的照明方式 和灯具。
照明质量
包括照度、均匀度、色温 、显色指数等参数，直接 影响照明效果和舒适度。
灯具选择
根据照明需求和场景，选 择合适的灯具类型和规格 ，如吊灯、壁灯、台灯等 。
照明设计案例分析
家庭照明设计
根据家庭成员的生活习惯和喜好，结合房间的功能和布局，进行合理的照明规 划和布置。
商业照明设计
根据商业场所的特点和需求，如商场、餐厅、办公室等，进行专业的照明设计 和布置，提高商业空间的品质和吸引力。
04
色度测量与显示技术
色度测量设备与技术
色度测量设备
色度计是用于测量物体颜色的仪器，其原理基于光谱光度测 量。常用的色度计类型包括光谱光度计和积分球光度计。
《光度学与色度学》课件
光源的颜色混合：不同颜色的光源混合后，会产生新的颜色
光源的匹配：根据色度学原理，选择合适的光源进行匹配，以达到理想的照明效果
光源的色度学特性：光源的颜色、亮度、色温等特性，对色度学研究具有重要意义
光源的颜色混合与匹配的应用：在照明设计、摄影、电影制作等领域，光源的颜色混合与匹 配具有广泛的应用。
物体对光的反射与 吸收
光通量：表示光源发光能力的物理量 发光强度：表示光源在单位立体角内发出的光通量 照度：表示单位面积上接收到的光通量 亮度：表示单位面积上发出的光通量 色温：表示光源的颜色特性，单位为K（开尔文） 显色指数：表示光源对物体颜色的还原能力，数值越高，颜色还原越真
实
光度学基本概 念：光度学是 研究光的强度、 亮度和色度的
机遇：随着科技的 发展，光度学与色 度学在多个领域都 有广泛的应用前景
机遇：随着人们对生 活质量的要求不断提 高，光度学与色度学 在照明、显示等领域 的需求将持续增长
感谢您的观看
汇报人：
色度学基本概念
色相：颜色的基本属性，如红色、蓝色、绿色等 饱和度：颜色的纯度，即颜色的鲜艳程度 明度：颜色的亮度，即颜色的深浅程度
颜色混合：将两种或多种颜色 混合在一起，形成新的颜色
颜色匹配：将两种或多种颜色 混合在一起，形成新的颜色
颜色混合原理：根据光的叠加 原理，将不同颜色的光混合在
一起，形成新的颜色
科学
光度量之间的 关系：光度学 中，光度、亮 度和色度之间 存在一定的关
系
光度与亮度的 关系：光度是 光源发出的光 通量，亮度是 观察者接收到
的光通量
光度与色度的关 系：光度与色度 之间没有直接的 关系，但色度会 影响观察者对光
度的感知
应光习题库(第5章).doc
应用光学试题第五章光度学和色度学基础一、填空题（建议每空1分）I级I级1空（建议每空1分）1、在国际单位制中，光学量的单位是__________ 。
发光强度2、朗伯辐射体又称为___________辐射体。
余弓玄3、点光源在某一方向在单位立体角内发出的光通量称为_______ 。
发光强度4、点周围全部立体角的大小为__________ o4兀5、单位受照面积所接收的光通量被称为光______ -照度6、光源投射到某方向上单位面积、单位立体角内的光通量称为发光______ o亮度7、光源每瓦功率发出的光通量，称为该光源的________ o发光效率8、若1 itf面积接收的光通量是31m,则该受照面积上的光照度值是___ 勒克斯。
39、正常人眼能承受的光亮度约为________ c d/m\1000010、正常情况下，读书时所需要的光照度大约为_______ 1X05011、在暗视觉的情况下，人眼最敏感的光的波长要比明视觉时要_______ O长12、在明视觉时，相同功率的蓝光与黄光，人会感觉_______ 的功率更大。
黄光13、透射光学材料主要分为三大类，即光学晶体、光学塑料和光学_______ 。
玻璃14、无色光学玻璃可以分为冕牌玻璃和______ -火石玻璃15＞表达式v=（n D-l）/ （（nF-nc）描述的是光学玻璃在可见光波段的常数。
阿贝16、阿贝常数通常被用来表示光学材料的_______ 特性。
色散17、在表示可见光波段的F、D、C谱线中，用来校正单色光像差的谱线是光。
D18、通常情况下，冕牌玻璃的阿贝常数要____ （高/低）于火石玻璃的阿贝常数。
高19、朗伯辐射体是指在各方向的发光______ 相同的辐射体。
亮度20.平方反比定律表面，当用点光源垂直照明时，受光面的光照度与光源的发光强度成_______ O正比21、探照灯可以使沿轴线方向的发光______ 得以成千倍的增加，从而提高照明效果。
光学第5章光度学和色度学
以配出任何颜色，称为三基色。 2、红、绿、蓝不是唯一的三基色。
三种色，只要其中的每一种色都不能用其它两色配得 就可以组成三基色。
光学第5章光度学和色度学
实验发现：人眼的视觉响应取决于红、绿、蓝 三分量的代数和。
它们的比例决定了彩色视觉。 亮度在数量上等于三基色的总和。 由于人眼的这一特性，可在色度学中应用代数
2. 发光强度和光亮度 描述光源发光能力大小的物理量
发光强度: 点光源
点光源在某一方向上，在单位立体角内发出的光通量。 单位：坎德拉，光学基本量，七个基本单位之一。 单位：坎德拉：cd
光亮度: 有限尺寸发光体，面光源 表5-1
单位： cd/m2
面光源：实际光源、或实际光源的像、或漫反射 体(本身不发光，受光照后)
i1i2,d 1d 2
故：
d1 d
L1 L
L1 L 对于两透明介质表面，
1
故： L1 L
光学第5章光度学和色度学
对于折射光束： d' L'cois'd'dA d LcoisddA
dd1d' L'1Lnn'22
d'1d
光通过光学系统时的光能损失： 两透明介质界面上的反射损失 介质吸收 反射面的光能损失
设入射光的光亮度为L，由于在入射过程中，自 光源到入射面类似于元光管，故其亮度不变。
L d cosdAd
或：dLcoisdAd 入射的光通量
反、折射的光通量：
d1L1coi1dsA 1d d'L'coi'd s A 'd
L1, L' 分别是反、折射的光亮度 光学第5章光度学和色度学
对于反射光波，
光学第5章光度学和色度学
三种色，只要其中的每一种色都不能用其它两色配得 就可以组成三基色。
光学第5章光度学和色度学
实验发现：人眼的视觉响应取决于红、绿、蓝 三分量的代数和。
它们的比例决定了彩色视觉。 亮度在数量上等于三基色的总和。 由于人眼的这一特性，可在色度学中应用代数
2. 发光强度和光亮度 描述光源发光能力大小的物理量
发光强度: 点光源
点光源在某一方向上，在单位立体角内发出的光通量。 单位：坎德拉，光学基本量，七个基本单位之一。 单位：坎德拉：cd
光亮度: 有限尺寸发光体，面光源 表5-1
单位： cd/m2
面光源：实际光源、或实际光源的像、或漫反射 体(本身不发光，受光照后)
i1i2,d 1d 2
故：
d1 d
L1 L
L1 L 对于两透明介质表面，
1
故： L1 L
光学第5章光度学和色度学
对于折射光束： d' L'cois'd'dA d LcoisddA
dd1d' L'1Lnn'22
d'1d
光通过光学系统时的光能损失： 两透明介质界面上的反射损失 介质吸收 反射面的光能损失
设入射光的光亮度为L，由于在入射过程中，自 光源到入射面类似于元光管，故其亮度不变。
L d cosdAd
或：dLcoisdAd 入射的光通量
反、折射的光通量：
d1L1coi1dsA 1d d'L'coi'd s A 'd
L1, L' 分别是反、折射的光亮度 光学第5章光度学和色度学
对于反射光波，
光学第5章光度学和色度学
光度学与色度学基础
ρ(λ) 很高时 ) ，但辅助球制作比较困难，当材料层有一 定厚度时，辅助球和分光光度计一侧开口要有良好的 接缝是相当困难的，故主要用于计量部门测朗伯性能 好、反射比高的标准反射样品光谱反射比。
11.1.1 反射特性的测量
2、漫反射比的测量 (2)台劳法(垂直-漫射反射比ρ(0/d)) 测量装置由一台分光光度计和一个积分球组成反射计， 来自单色仪的单色光经摆动反射镜 OM ，形成两束交 替照射的光束。在某一反射镜位置上，光束照到反射 比ρ0的待测样品上的反射辐射通量为ρ0Φ，再由它漫射 到涂层反射比为ρ的积分球内。探测器D检测经样品漫 射的光，产生信号 V0 ；在另一反射镜位置，光束直接 照到积分球的球壁上，探测器 D 检测来自积分球本身 漫射的光，产生信号V。 k 0 图11-6 台劳法测光谱反射比的装置 V RE V0 RE 2 2 4 R 1 4R 1 其中，k是考虑到两种光束在积分球内反射情况不同而 引入的修正系数。
第十一章 辐射度、光度与色度的应用
1 材料特性的测量 探测器特性的测量
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3 光学系统中杂散光的分析与计算 4 5
辐射测温仪 卫星多光谱扫描系统 下页
11.1 材料特性的测量
研究范畴：材料的辐射度特性主要是指其反射特性、
透射特性、发射特性和吸收特性以及偏振特性、萤光 特性等，材料的辐射度特性可定量或半定量地确定材 料性质与成分的变化。 影响因素：材料的辐射特性除取决于其性质和成分外， 还受表面状况、温度、厚度等影响。在描述材料特性 时，一定要说明样品的状况以及测量的条件，否则描 述只能是概略的。 参比量：测量的参比量可是入射量，例如用测得的反 射、透射、发射、吸收量和入射量的比值来表示待测 材料相应特性。参比量也可是已知标准材料的辐射度 特性，通过比对测量，确定待测材料的辐射度特性， 例如在分光光度计上测量样品的反射和透射特性。
11.1.1 反射特性的测量
2、漫反射比的测量 (2)台劳法(垂直-漫射反射比ρ(0/d)) 测量装置由一台分光光度计和一个积分球组成反射计， 来自单色仪的单色光经摆动反射镜 OM ，形成两束交 替照射的光束。在某一反射镜位置上，光束照到反射 比ρ0的待测样品上的反射辐射通量为ρ0Φ，再由它漫射 到涂层反射比为ρ的积分球内。探测器D检测经样品漫 射的光，产生信号 V0 ；在另一反射镜位置，光束直接 照到积分球的球壁上，探测器 D 检测来自积分球本身 漫射的光，产生信号V。 k 0 图11-6 台劳法测光谱反射比的装置 V RE V0 RE 2 2 4 R 1 4R 1 其中，k是考虑到两种光束在积分球内反射情况不同而 引入的修正系数。
第十一章 辐射度、光度与色度的应用
1 材料特性的测量 探测器特性的测量
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3 光学系统中杂散光的分析与计算 4 5
辐射测温仪 卫星多光谱扫描系统 下页
11.1 材料特性的测量
研究范畴：材料的辐射度特性主要是指其反射特性、
透射特性、发射特性和吸收特性以及偏振特性、萤光 特性等，材料的辐射度特性可定量或半定量地确定材 料性质与成分的变化。 影响因素：材料的辐射特性除取决于其性质和成分外， 还受表面状况、温度、厚度等影响。在描述材料特性 时，一定要说明样品的状况以及测量的条件，否则描 述只能是概略的。 参比量：测量的参比量可是入射量，例如用测得的反 射、透射、发射、吸收量和入射量的比值来表示待测 材料相应特性。参比量也可是已知标准材料的辐射度 特性，通过比对测量，确定待测材料的辐射度特性， 例如在分光光度计上测量样品的反射和透射特性。
第五章 光度学和色度学基础
由能量守恒：d d' d1 即： d' d d1 (1 )d
（5-21）
由图5-6可知： d sin idid d' sin i'di'd
（5-22）
将折射定律n‧sini=n’‧sini’两端分别对i和i’微分，并与折射定律 表达式对应端分别相乘，得到：
n2 n'2
sin i' cosi'di' sin i cosidi
图中的函数值已
归 一 化 。 V(λ) 和 V’(λ)两者峰值所对 应波长有所不同，
V(λ) 的 峰 值 在 555nm 处 ， 而 V’(λ) 的峰值507nm处.
（二）光学量和辐射量间的关系
在波长λ附近的小波长间隔dλ内，光通量dΦv(λ)和辐
通量Φe(λ)之间的关系可表示为：
明视觉条件下： dv () KmV ()e()d
（5-10）
N dФv
θ
dΩ
dA
单位：坎[德拉]每平方米(cd/m2) θ
cosθdA
表明，元发光面dA在θ方向的光亮度等于元面积dA在θ
方向的发光强度Iv与该面元面积在垂直于该方向平面 上的投影cosθ‧dA之比.
三、光学量 和辐射量 间的关系 （一）光谱光效率函数
可见光辐射 (用辐射量度量)
▲ 实验表明，观察场明暗不同时，光谱光效率函数 亦稍有不同。
▲ 国际照明委员会（Commission Internationale de L‘Eclairage( 法 ) 或 International Commission on Illumination(英)，缩写CIE）根据多组测试实验结果 ，分别于1924年和1951年确定并正式推荐两种光谱光 效率函数：明视觉光谱光效率函数和暗视觉光谱光效 率函数，如图5-2所示。
光度学与色度学基础
即
E
I cos 2 R
Copyright © 2004 ROAM CONSULTING Inc.
3. 亮度及朗伯定律
亮度表示每单位面积上的发光强度。
dI L dA
亮度的单位为cd/m2。
如果这个面的法线与观察方 向所成的角度为时，上式将变 为
L
dI dAcos
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朗伯面的光强分布曲线
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一个朗伯发射面，它向空间两个任意1和2之间所发 出的光通量：
Id 2 I 0 cos sin d
2
1
对于半球体应取1=0°， 2=90°，可得
I 0
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一、视觉与光
1. 辐射波谱及光辐射
以电磁波形式或粒子(光子)形式传播的能量，它们可用 光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程被称为 光辐射。
波长（m）
10
－14
10
－12
10
－10
10
－8
10
－6
10
－4
10
－2
10
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黄斑
位于视网膜中央部位，有一 个呈黄色的锥体细胞密集区。
黄斑中央有一凹窝，称为中 央凹，是视觉最敏锐的地方，锥 体细胞的密度在中央凹处最大。 由中央凹向外锥体细胞急剧 减少，而杆体细胞逐渐增多。在 离中央凹20的地方，杆体细胞 的数量最大。
E
I cos 2 R
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3. 亮度及朗伯定律
亮度表示每单位面积上的发光强度。
dI L dA
亮度的单位为cd/m2。
如果这个面的法线与观察方 向所成的角度为时，上式将变 为
L
dI dAcos
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朗伯面的光强分布曲线
Copyright © 2004 ROAM CONSULTING Inc.
一个朗伯发射面，它向空间两个任意1和2之间所发 出的光通量：
Id 2 I 0 cos sin d
2
1
对于半球体应取1=0°， 2=90°，可得
I 0
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一、视觉与光
1. 辐射波谱及光辐射
以电磁波形式或粒子(光子)形式传播的能量，它们可用 光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程被称为 光辐射。
波长（m）
10
－14
10
－12
10
－10
10
－8
10
－6
10
－4
10
－2
10
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黄斑
位于视网膜中央部位，有一 个呈黄色的锥体细胞密集区。
黄斑中央有一凹窝，称为中 央凹，是视觉最敏锐的地方，锥 体细胞的密度在中央凹处最大。 由中央凹向外锥体细胞急剧 减少，而杆体细胞逐渐增多。在 离中央凹20的地方，杆体细胞 的数量最大。
光度学与色度学基础
经测试得到并进行数学处理的视见函数是一个归一化函数，实际上 视见函数对于每个波长都有明确的光谱光效能值。
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
应该将物体辐射光的能力用物体的能量辐射 能力和视见函数综合起来表述。
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
电视信号的频谱在哪里？手机信号的频谱呢？
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
怎样比较两个物体哪个更亮？ 怎样比较两个光源哪个发光效率更高？
光度学
色度学
怎样定量的表述一个物体的颜色？ 怎么定量的区分鲜红色和暗红色的差异？
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
第二章 光度学与色度学基础
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
图像信息的重要性
图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得 的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。
科学研究和统计表明，人类从外界获得的信息约有75％来自视觉 系统，也就是从图像中获得的。例如照片、绘图、视频等等。
光出射度
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
光照度
一些实际情况下的光照度值（单位：lx）
场景
照度值
无月夜地面上
3×10-4
满月夜地面上
0.2
办公室桌面
20～100
晴朗的夏日在采光良好的室内 100～500
夏日太阳不直接照射的露天地面 1，000～10，000
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
视觉有三种特性，从描述视觉特性的心理物理量来 看，它们是亮度、主波长、纯度；从相应的心理量来 看，它们是明度、色度、饱和度。
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
应该将物体辐射光的能力用物体的能量辐射 能力和视见函数综合起来表述。
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
电视信号的频谱在哪里？手机信号的频谱呢？
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
怎样比较两个物体哪个更亮？ 怎样比较两个光源哪个发光效率更高？
光度学
色度学
怎样定量的表述一个物体的颜色？ 怎么定量的区分鲜红色和暗红色的差异？
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
第二章 光度学与色度学基础
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
图像信息的重要性
图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得 的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。
科学研究和统计表明，人类从外界获得的信息约有75％来自视觉 系统，也就是从图像中获得的。例如照片、绘图、视频等等。
光出射度
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
光照度
一些实际情况下的光照度值（单位：lx）
场景
照度值
无月夜地面上
3×10-4
满月夜地面上
0.2
办公室桌面
20～100
晴朗的夏日在采光良好的室内 100～500
夏日太阳不直接照射的露天地面 1，000～10，000
光电子科学与工程学院 光电信息技术研究所 刘斌昺 2006年10月
视觉有三种特性，从描述视觉特性的心理物理量来 看，它们是亮度、主波长、纯度；从相应的心理量来 看，它们是明度、色度、饱和度。
光度学,色度学基础知识
光度学基本知识
即得
I cosα I ' cosα ' + 2 R R '2 4 I = 60cd , cosα = ; I ' = 48cd 6 12 cosα ' = 122 + 62 − 42 E=
(
R = 6, R' = 122 + 62 − 42
(
)
)
最后得
60 × 4 48 × 12 E= + = 1.385lx 3 3 6 164
其中 :[C]——某一特定颜色 , 即被匹配的颜色 ; [R]、[G] 、[B]——红、绿、蓝三原色 ; r 、 g 、 b ——红、绿、蓝二原色的比例系数 , 以表示相对刺激量 ; ≡——表示匹配关系 , 即在视觉上颜色相同 , 而不是指能量或光谱成分相同
三原色系数相加等于 1, 即 r+g+b=1
饱和度= 单色光流明数/（单色光流明数+白光流明数）
明度 用它来标志颜色的明亮程度。用颜色的总流明数表示。 色调和饱和度合称色品，是颜色的色度学特征；亮度是颜色的光度学 特征。色调、饱和度和明度这三个感觉量一起决定了颜色的特征。
色度学基本知识
四、表色系统
表色系统可分为两大类。一类是以彩色的三个特性为依据 , 即按色 调、明度和饱和度来分类 ; 另一类是以三原色说为依据 , 即任一给定 的颜色可以用三种原色按一定比例混合而成。在此 , 简单介绍一下后 一类表色系统——三色分类系统。该系统是以进行光的等色实验结果 为依据、由三刺激表示的体系。用的最广泛的是 CIE 表色系统。 视觉器官对剌激具有特殊的综合能力 , 即无论受单一波长的单色光刺 激还是受一束包含各种波长的复合光剌激 , 眼睛都只产生一种颜色感 受。研究证明 , 光谱的全部颜色可用红、绿、蓝三种光谱波长的光按 不同比例混合而成。用不同比例的上述三种原色相加混合成一种颜 色 , 用颜色方程可表达为 [C]≡r[R]+g[G]+b[B]
FPD第一章 光度学和色度学基础
9 CIE色度图
单色光 光谱轨迹曲线
复合光
纯紫曲线 非光谱色光 轨迹
10 色坐标计算
例如 λ＝450nm的单色光，由表得: X＝x＝ 0.3362，Y＝y＝ 0.0330，Z＝z＝ 1.7121 则 x＝x/(x+y+z)＝0.1615 y＝y/(x+y+z)＝0.0159 z＝z/(x+y+z)＝0.8226 将可见光各波长的x、y值均在CIE 色度上画出，则可得所 有可见光的色坐标为一舌形曲线。自然界中任何一种可能 的颜色都在舌形及其下端连线之内，此范围外的点均为不 存在的颜色。一个光源的发光光谱I(λ)是已知的， 则发光 色度可用下面的方法计算： Ｘ＝ΣI(λ) x Ｙ＝ΣI(λ) y Ｚ＝ΣI(λ) z 再归一化。
第一章 光度学和色度学基础
１ 亮度
亮度：亮度是指发光体(反光体)表面发光(反光)强弱的物理量。 不仅与客观有关，而且与人的视觉有关，它是一个心理物理 量。 Pe()是辐射能量—客观物理量，V()是相对视见函数。人眼作为 光接收器，对各种波长的光的灵敏度不一样，只对可见光380 －780nm能感受，因而紫外光、红外光的辐射虽也是功率辐 射，但却亮度为零。人眼作为一个生理因素，随年龄，生理因 素而异。 亮度的单位是坎德拉/平方米(cd/m2)，旧单位也用尼特(nit) 。
16 色域与显示效果
左为50% NTSC，右为80% NTSC
17 LCD Backlight and Color Gamut
CFs, CCFL, LED CIE 1976 Chromaticity
CCFL
LED
400
450
500
550
600
650
工程光学-07光度学与色度学基础第五章
dA 4πR 2 ω = 2 = 2 = 4π ( sr ) R R
2012-2-22
第七章 光度学基础
9
为了使公式具有普适性 ，利用球坐标的函数
形式来表示立体角。 dA AB ⋅ AD dω = 2 = R R2 AB = AO ⋅ di = R ⋅ di AD = AE ⋅ dϕ = AO ⋅ sin i ⋅ dϕ AD = R ⋅ sin i ⋅ dϕ
2012-2-22
λ2
λ2
λ2
λ1
λ1
第七章 光度学基础
λ1
7
光源的发光效率（ η）
一个辐射体或光源所发出的总的光通量与总的辐射通量之比称为光源 的发光效率。
光源发出的总的光通量 η =
Φv Φe
总的辐射通量
光源的发光效率简称光效，它的单位为流明每瓦特（lm ⋅ W −1）。
为什么荧光灯比白炽灯省电？
第五章
光度学基础
光有能，对能的讨论本不 是几何光学的范畴，但要设计 仪器，又不能不了解一些起码 的问题，否则所设计的仪器可 能是无用的，因为不能传递足 够的能量。我们要求光学系统 传递的能量必须能够被光能接 收器所感知。入瞳出瞳就是限 制能量的。
§5.1 辐射通量和光通量 §5.2 发光强度、光照度， 光出射度和光亮度 §5.3 光度学中的基本定律 §5.4光学成像系统像面的光照度
2012-2-22
第七章 光度学基础
13
§5.2.4 光出射度
光出射度表示为：
描述面光源的发光特性
光源单位发光面积上发出的光通量定义为光源的光出射度，用M v 表示。
dΦ v Mv = dA
与光照度相比 较
光出射度的单位为勒克斯（lx， 1lx = 1lm ⋅ m −2 ）。
2012-2-22
第七章 光度学基础
9
为了使公式具有普适性 ，利用球坐标的函数
形式来表示立体角。 dA AB ⋅ AD dω = 2 = R R2 AB = AO ⋅ di = R ⋅ di AD = AE ⋅ dϕ = AO ⋅ sin i ⋅ dϕ AD = R ⋅ sin i ⋅ dϕ
2012-2-22
λ2
λ2
λ2
λ1
λ1
第七章 光度学基础
λ1
7
光源的发光效率（ η）
一个辐射体或光源所发出的总的光通量与总的辐射通量之比称为光源 的发光效率。
光源发出的总的光通量 η =
Φv Φe
总的辐射通量
光源的发光效率简称光效，它的单位为流明每瓦特（lm ⋅ W −1）。
为什么荧光灯比白炽灯省电？
第五章
光度学基础
光有能，对能的讨论本不 是几何光学的范畴，但要设计 仪器，又不能不了解一些起码 的问题，否则所设计的仪器可 能是无用的，因为不能传递足 够的能量。我们要求光学系统 传递的能量必须能够被光能接 收器所感知。入瞳出瞳就是限 制能量的。
§5.1 辐射通量和光通量 §5.2 发光强度、光照度， 光出射度和光亮度 §5.3 光度学中的基本定律 §5.4光学成像系统像面的光照度
2012-2-22
第七章 光度学基础
13
§5.2.4 光出射度
光出射度表示为：
描述面光源的发光特性
光源单位发光面积上发出的光通量定义为光源的光出射度，用M v 表示。
dΦ v Mv = dA
与光照度相比 较
光出射度的单位为勒克斯（lx， 1lx = 1lm ⋅ m −2 ）。
光度学和色度学基本概念
⎧ X = k 780 p(λ ) x (λ )dλ ∫380 ⎪ 780 ⎪ ⎨Y = k ∫380 p(λ ) y (λ )dλ ⎪ 780 ⎪Z = k ∫380 p(λ ) z (λ )dλ ⎩
1931色匹配函数，如图3所示。
（1-8）
其中X, Y, Z是刺激值；P (λ)是刺激物的光谱功率分布； x , y , z 是国际公认的CIE 注：CIE 1931“CIE 1931 XYZ标准色度系统”是从2°观察视场的相应匹配实验中得出 来， 然而， 色匹配是与刺激物的尺寸相关的， 所以CIE于1964年介绍了另外一套XYZ色度系统， 该系统是在10°观察视场下得到的。然而除非特别说明，一般采用CIE 1931 2°观察视场。
780 780
Φ v = ∫ Φ (λ )dλ = 683∫ V (λ ) ⋅ Φ e (λ )dλ
380 380
（1-3）
�
1.5. 发光强度
发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的
光通量的空间分布的物理量，它可用点光源在单位立 体角中发出的光通量的数值来量度，可表达为：
I=
dΦ dΩ
（1-4）
式中 dΩ是点光源在某一方向上所张的立体角元。 一般来说，发光强度随方向而异，用极坐标 (θ,φ) 来描写选定的方向时，I(θ,φ)表示沿该方向的发光强度。 图 1.2: 光强示意图
�
1.7 亮度
单位表面上在某一方向的光强密度， 它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的
投影面积之比。即被视物体在视线方向单位投影面积上的发光强度。
图 1.4: 亮度示意图
L=
d Φ dI = dΩ ⋅ dA ⋅ cos θ dA ⋅ cos θ
2
工程光学第五章光度学与色度学
N2 P1d1 P2d2 L
PdM N3 M
1, 2分别为冕牌玻璃和火石玻璃与空气所成界面
反射比;
P1, P2,L , PM 分别为M 种介质各自的透明率;
为反射面的反射比;
N1为冕牌玻璃个数; N2为火石玻璃个数;
d1, d2,L , dM为M 种介质的中心厚度.
20
§5-4 颜色的分类及匹配
光学系统中，常用反射面来改变光的进行方向，反射元 件对光的透射和吸收，使反射面的反射比ρ<1。
当入射光的光通量0,反射光的光通量1 0,则
光通量损失:1 1 0
镀银反射面 0.95;镀铝反射面 0.85;抛光良好 19
的棱镜全反射面 1.
④光学系统的总透射比
0
1 1
N1
1 2
18
光通量为Φ的光束通过厚度为dl的薄介质层，被介质吸 收的光通量dΦ与光通量Φ和介质厚度dl成正比，即：
d Kdl 0eKl 0 pl
p eK表示光通过单位厚度1cm介质层时，出射光通
量与入射光通量之比，为介质的透明率。
因此光通量损失为: 0 1 ekl 0
③反射面的光能损失
cos dAd
sr m2 )
六个辐射量，对所有的光辐射都适用，是纯物理量。
3
4
对可见光，常用光学量来度量
二、光学量
①光通量Φv：标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。 单位为流（明）lm。 ②光出射度Mv：光源单位发光面积发出的光通量，即：
Mv
dv dA
,单位流每平方米lm m2
.
③光照度Ev：单位受照面积接受的光通量，即：
Lv
dv
cos dAd
Iv ,单位坎每平方米(cd
工程光学基础第5章光度学和色度学基础
D'
二. 轴外像点的光照度
出瞳 U'M
ω'
ω'
U'
M' 像面 A'
l'0
E' M
n' 2 n2
L sin 2
U'M
当U´M较小时，有
sinU ' M
tgU ' M
D' cos'
2 l'
D' cos2 '
2l'
sinU ' cos2 '
cos '
E' M
n' 2 n2
U’k
-U’zk
z’
l ’zk
l ’k
a. 轴上点远轴光线光路计算 sinI=(L-r)/sinU (当L1=∞时，U1=0,sinI1=h1/r1) sinI’=nsinI/n’ U’= U + I-I’ L’= r + rsinI’/sinU’ 过渡公式 Lk=L’k-1-dk-1
Uk=U’k-1 Nk=n’k-1
对于有k个折射面组成的光学系统，还存在逐次换面问题。
lk lk' 1 dk1 uk uk' 1 nk nk'
校对公式：h = l u = l ’ u’ 或者用
J = n’u’y’ = nuy
2.远轴光线的光路计算
入瞳
-U -Uz1
z
o1
-y1
-l z1 -l 1
出瞳
y’K
ok
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
5 光度学和色度学基础
观察场明暗：明视觉、暗视觉
(二) 光学量和辐射量间的关系
函数 V 实际上反映了人眼对不同波长的光的视感程度。
故，在 d范围内，
dV KmV e d （明视条件） 当 5550Å，V 1 时，Km 683lm /W ——光功当量
dV Km 'V ' e d （暗视条件）
1 r2
1 2
Байду номын сангаас
（假定L为常数）
三、单一介质元光管内光亮度的传递
元光管： 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间
d1 d2 元光管壁上无光溢出(无损失)
观察两截面 dA ,dA
上的光亮度
dA 1
1
2
d
N1
N2
1
d 1
d2 2
dA 2
L
1
r
2
cosdAd
d1
L1 cos1dA1d1
L1
cos1dA1
Lv
dv cos dAd
Iv
cos dA
元发光面dA的光亮度Lv 等于元面积dA在θ方向 的发光强度Iv与该面元 面积在垂直于该方向平 面上的投影cosθdA之 比。
常见发光表面的光亮度值见P76页表5-1
三、光学量和辐射量的关系
(一) 光谱光效率函数——视见函数
具有相同辐射通量e 而波长
不同的可见光对人眼的刺激程度 不同。换言之，人眼对不同波长 而辐通量相同的光的响应灵敏度 是波长的函数——表征这种响应 关系的函数称之为光谱光效率函 数（视见函数）。
K m ' =1755lm/W其意义同 Km 相同。 波长为5550A、V’(λ)＝1单色光的绝对光谱光效率值
在整个可见光范围3800Å～7800Å内，总光通量为：
(二) 光学量和辐射量间的关系
函数 V 实际上反映了人眼对不同波长的光的视感程度。
故，在 d范围内，
dV KmV e d （明视条件） 当 5550Å，V 1 时，Km 683lm /W ——光功当量
dV Km 'V ' e d （暗视条件）
1 r2
1 2
Байду номын сангаас
（假定L为常数）
三、单一介质元光管内光亮度的传递
元光管： 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间
d1 d2 元光管壁上无光溢出(无损失)
观察两截面 dA ,dA
上的光亮度
dA 1
1
2
d
N1
N2
1
d 1
d2 2
dA 2
L
1
r
2
cosdAd
d1
L1 cos1dA1d1
L1
cos1dA1
Lv
dv cos dAd
Iv
cos dA
元发光面dA的光亮度Lv 等于元面积dA在θ方向 的发光强度Iv与该面元 面积在垂直于该方向平 面上的投影cosθdA之 比。
常见发光表面的光亮度值见P76页表5-1
三、光学量和辐射量的关系
(一) 光谱光效率函数——视见函数
具有相同辐射通量e 而波长
不同的可见光对人眼的刺激程度 不同。换言之，人眼对不同波长 而辐通量相同的光的响应灵敏度 是波长的函数——表征这种响应 关系的函数称之为光谱光效率函 数（视见函数）。
K m ' =1755lm/W其意义同 Km 相同。 波长为5550A、V’(λ)＝1单色光的绝对光谱光效率值
在整个可见光范围3800Å～7800Å内，总光通量为：
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1、光照度公式
假定点光源照明微小平面ds，ds离开光源距离为l，表 面法线方向与照明方向成 ，若光源在此方向上发光 强度为I，求光源在ds上的光照度。
d E dS d Id ds cos l2 Ids cos d l2 I cos E l 2 照度平方反比定律 d
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
Chapter5
第一节 辐射量和光学量及其应用
一、立体角的意义和单位
平面上的角：
O
A
B
弧度
AB AOB r
Chapter5
I L 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 2.27 10
Chapter5
第二节 光传播过程中光学量的变化规律
Chapter5
应用：测定光源发光强度 两个完全相同的漫反射表面，标 准光源I1，l1已知, 用眼睛观察两表面，由光照度公 式
E I cos l2
标准光源 I1 l2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
待测光源 I2
移动待测光源，改变l2,即改变E2 ，当眼睛观察两表面同样亮时(E 相等)，测出l2，由 得出
I1 cos I 2 cos 2 2 l1 l2
ds rd 2r sin 2r 2 sin d 它对应的立体角为 ds d 2 2 sin d 2d cos r 将上式积分得 2d cos 2 (1 cos )
0
或者 4 sin 2
2
较小时， 2
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＝ 2 r
若在以r为半径的球面上截得面积s = r2，则此立体角为1球面度
整个空间球面面积为4πr2,对应立体角为 s 4 2
r
Chapter5
立体角的计算 假定一个圆锥面的半顶角为α，求该圆锥所包含的立体角大小 以r为半径作一圆球，假定在圆球上取一个dα对应的环带， 环带宽度为rdα，环带半径为rsinα，所以环带长度为 2πrsinα，环带总面积为
Chapter5
5、辐射亮度 辐射体表面某点附近，在某一指定方向上单位立体角内 单位投影面积上发出的辐射通量 符号：
Le
Ie dsn
Le
dsn ds cos
单位：瓦每球面度每平方米（W/sr.m2）
描述了辐射体不同位置不同方向上的辐射特性
Chapter5
几种光接收器的光谱灵敏度
1 为锑铯光电管，不能感受波长为 0.6μm以上的红光；2 是人眼；
又 则有
dΦ LdA cos dΩ dΩ sin d d
（空间任意方位元立体角的普遍公式）
l1
I1 l1 2 I 2 l2
2
可以求得I2
Chapter5
计算举例1：桌面OB上方有一盏100W钨丝充气灯泡P，光源在各方 向均匀发光，灯泡可在垂直桌面方向上下移动，问灯泡离桌面多 高时，B点（OB=1m）处的光照度最大，该光照度等于多少？
由E
I
I cos , 将I , cos , l表示出来即可。 2 l
Chapter5
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 强度应该是辐射体B强度的一半。
计算举例：一个功率（辐射通量）为 60W 的钨丝充气灯 泡，假定它在各方向上均匀发光，求它的发光强度。
１、求总光通量：
Ke 15 60 900lm
２、求发光强度：总立体角为 4
900 I 71.62cd 4
Chapter5
2、光出射度和光照度
光出射度：发光体表面某点附近单位面积发出的光通量
Chapter5
O
1m
B
二. 面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
d LdAs cos 1 cos 2 E 2 dA r
Chapter5
三. 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。
dA2 cos 2 d1 L1 cos1dA1d1 L1 cos1dA1 r2 dA1 cos1 同理： d 2 L2 cos 2 dA2 r2 d1 d 2 L1 L2
3、光亮度 发光体表面某点附近微元面积在某一方向上单位立 体角内发出的光通量。
I d L dsn dds cos
单位：坎/米2
发光体某点在给定方向上的发 光特性。
Chapter5
常见物体的光亮度值
光源名称
光亮度 (cd/m2)
1.5×109
1.5×108 (5~15) ×106
所以，光在元光管内传播，各截面上的光亮度相同
Chapter5
四. 光束经截面反射和折射后的亮度
（ 1 ）反射光束亮度等于入射光束亮度乘以反 射系数：
L1 L
（2）折射光束的亮度不仅与入射光束的亮度以及 界面两边介质的折射率比值的平方成正比，还与 界面的反射系数有关：
如果界面反射损失可以忽略， 则：
L L 2 2 n n
n L (1 ) L n
2
光束经理想折射，光亮度也会产生变化。
Chapter5
五. 余弦辐射体
在各方向上光亮度都近似一致的均匀发光体称为余弦辐射体
假定发光微面ds在与该微面垂直方向上的发光强度为I 0 发光体在各方向光亮度一致， I0 I L ds ds cos I I 0 cos
Chapter5
发光效率
意义： 发光效率值标志了光源每瓦辐射功率所能产生 的光通量（流明数）。
几种常用电光源的发光效率：
钨丝灯：1020
钠光灯： 约60
卤素钨灯： 约30 高压汞灯：6070 荧光灯：3060 镝灯： 约80 氙灯： 4060 金属卤素放电灯：约80 炭孤灯：4060 LED照明灯：40-300 2014年，美国科锐公司(Nasdaq: CREE)宣布白光 功率型LED实验室光效达到303lm/W
d M ds
d
A ds 发光表面均匀发光情况下
M s
（lm/m2）
Chapter5
光照度：某一表面被发光体照明，其表面某点附近单位 面积接收的光通量。
d E ds
d
A ds 被照表面均匀照明情况下
E s
（lx）
单位：勒克司
Chapter5
1 lx = 1 lm/m2
常见物体的光照度值
Chapter5
发光强度 发光强度与辐射度学中的辐射强度相对应。 发光强度指指定方向上单位立体角内发出光通量的多少。 也可以理解为在这一方向上辐射强度中有多少是发光强度
d K mV ( )d e I K m V ( ) I e d d
单位：坎（德拉） cd
Chapter5
3 是硅光电池；4 是一种热敏元件
Chapter5
三.
人眼的视见函数
• 辐射体发出电磁波，进入人眼，在可见光范围内， 可以产生亮暗感觉；
•可见光范围内，人眼对不同波长光的视觉敏感度不同
•光度学中，为表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别，定 义了一个函数 V ，称为视见函数，又称光谱光视效率。
Chapter5
观看仪器的示值
一般阅读及书写 精细工作（修表等） 摄影场内拍摄电影 照相制版时的原稿 明朗夏日采光良好的室内 太阳直照时的地面照度 满月在天顶时的地面照度 无月夜天光在地面产生的照度
30~50 lx
50~70 100~200 1万 3万~4万 100~500 10万 0.2 3 × 10–4
Chapter5
Km为流明与瓦之间的换算系数，在明视觉中 Km = 683 lm / W；在暗视觉条件下Km = 1755 lm / W
Chapter5
发光效率
光源的发光效率：光源发出的光通量与辐射
通量之比，即为
K = Φv/Φe Φ/P
式中，P 为电光源的电功率。
发光效率值标志了光源每瓦辐射功率所能产生 的光通量（流明数）。
光源名称
光亮度 (cd/m2)
2.5×103
10
在地球上看到的太阳
普通电弧 钨丝白炽灯灯丝 太阳照射下漫射白色表面
在地球上看到的月亮表面
人工照明下书写阅读的纸面
白天的晴朗天空
3×104
5×103
Chapter5
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.
视 见 函 数
Chapter5
视见函数的相关因素
受外界的照明条件影响而产生：
①明视觉视见函数：最敏感波长为555nm（黄光），
（明亮环境）
其相应的视见函数值V555=1，其
它波长的V(λ)值均小于1。
②暗视觉视见函数：最敏感波长为507nm（绿光），
（昏暗环境）
V507=1，其它波长的V(λ)值均小 于 1。
假定点光源照明微小平面ds，ds离开光源距离为l，表 面法线方向与照明方向成 ，若光源在此方向上发光 强度为I，求光源在ds上的光照度。
d E dS d Id ds cos l2 Ids cos d l2 I cos E l 2 照度平方反比定律 d
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
Chapter5
第一节 辐射量和光学量及其应用
一、立体角的意义和单位
平面上的角：
O
A
B
弧度
AB AOB r
Chapter5
I L 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 2.27 10
Chapter5
第二节 光传播过程中光学量的变化规律
Chapter5
应用：测定光源发光强度 两个完全相同的漫反射表面，标 准光源I1，l1已知, 用眼睛观察两表面，由光照度公 式
E I cos l2
标准光源 I1 l2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
待测光源 I2
移动待测光源，改变l2,即改变E2 ，当眼睛观察两表面同样亮时(E 相等)，测出l2，由 得出
I1 cos I 2 cos 2 2 l1 l2
ds rd 2r sin 2r 2 sin d 它对应的立体角为 ds d 2 2 sin d 2d cos r 将上式积分得 2d cos 2 (1 cos )
0
或者 4 sin 2
2
较小时， 2
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＝ 2 r
若在以r为半径的球面上截得面积s = r2，则此立体角为1球面度
整个空间球面面积为4πr2,对应立体角为 s 4 2
r
Chapter5
立体角的计算 假定一个圆锥面的半顶角为α，求该圆锥所包含的立体角大小 以r为半径作一圆球，假定在圆球上取一个dα对应的环带， 环带宽度为rdα，环带半径为rsinα，所以环带长度为 2πrsinα，环带总面积为
Chapter5
5、辐射亮度 辐射体表面某点附近，在某一指定方向上单位立体角内 单位投影面积上发出的辐射通量 符号：
Le
Ie dsn
Le
dsn ds cos
单位：瓦每球面度每平方米（W/sr.m2）
描述了辐射体不同位置不同方向上的辐射特性
Chapter5
几种光接收器的光谱灵敏度
1 为锑铯光电管，不能感受波长为 0.6μm以上的红光；2 是人眼；
又 则有
dΦ LdA cos dΩ dΩ sin d d
（空间任意方位元立体角的普遍公式）
l1
I1 l1 2 I 2 l2
2
可以求得I2
Chapter5
计算举例1：桌面OB上方有一盏100W钨丝充气灯泡P，光源在各方 向均匀发光，灯泡可在垂直桌面方向上下移动，问灯泡离桌面多 高时，B点（OB=1m）处的光照度最大，该光照度等于多少？
由E
I
I cos , 将I , cos , l表示出来即可。 2 l
Chapter5
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 强度应该是辐射体B强度的一半。
计算举例：一个功率（辐射通量）为 60W 的钨丝充气灯 泡，假定它在各方向上均匀发光，求它的发光强度。
１、求总光通量：
Ke 15 60 900lm
２、求发光强度：总立体角为 4
900 I 71.62cd 4
Chapter5
2、光出射度和光照度
光出射度：发光体表面某点附近单位面积发出的光通量
Chapter5
O
1m
B
二. 面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
d LdAs cos 1 cos 2 E 2 dA r
Chapter5
三. 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。
dA2 cos 2 d1 L1 cos1dA1d1 L1 cos1dA1 r2 dA1 cos1 同理： d 2 L2 cos 2 dA2 r2 d1 d 2 L1 L2
3、光亮度 发光体表面某点附近微元面积在某一方向上单位立 体角内发出的光通量。
I d L dsn dds cos
单位：坎/米2
发光体某点在给定方向上的发 光特性。
Chapter5
常见物体的光亮度值
光源名称
光亮度 (cd/m2)
1.5×109
1.5×108 (5~15) ×106
所以，光在元光管内传播，各截面上的光亮度相同
Chapter5
四. 光束经截面反射和折射后的亮度
（ 1 ）反射光束亮度等于入射光束亮度乘以反 射系数：
L1 L
（2）折射光束的亮度不仅与入射光束的亮度以及 界面两边介质的折射率比值的平方成正比，还与 界面的反射系数有关：
如果界面反射损失可以忽略， 则：
L L 2 2 n n
n L (1 ) L n
2
光束经理想折射，光亮度也会产生变化。
Chapter5
五. 余弦辐射体
在各方向上光亮度都近似一致的均匀发光体称为余弦辐射体
假定发光微面ds在与该微面垂直方向上的发光强度为I 0 发光体在各方向光亮度一致， I0 I L ds ds cos I I 0 cos
Chapter5
发光效率
意义： 发光效率值标志了光源每瓦辐射功率所能产生 的光通量（流明数）。
几种常用电光源的发光效率：
钨丝灯：1020
钠光灯： 约60
卤素钨灯： 约30 高压汞灯：6070 荧光灯：3060 镝灯： 约80 氙灯： 4060 金属卤素放电灯：约80 炭孤灯：4060 LED照明灯：40-300 2014年，美国科锐公司(Nasdaq: CREE)宣布白光 功率型LED实验室光效达到303lm/W
d M ds
d
A ds 发光表面均匀发光情况下
M s
（lm/m2）
Chapter5
光照度：某一表面被发光体照明，其表面某点附近单位 面积接收的光通量。
d E ds
d
A ds 被照表面均匀照明情况下
E s
（lx）
单位：勒克司
Chapter5
1 lx = 1 lm/m2
常见物体的光照度值
Chapter5
发光强度 发光强度与辐射度学中的辐射强度相对应。 发光强度指指定方向上单位立体角内发出光通量的多少。 也可以理解为在这一方向上辐射强度中有多少是发光强度
d K mV ( )d e I K m V ( ) I e d d
单位：坎（德拉） cd
Chapter5
3 是硅光电池；4 是一种热敏元件
Chapter5
三.
人眼的视见函数
• 辐射体发出电磁波，进入人眼，在可见光范围内， 可以产生亮暗感觉；
•可见光范围内，人眼对不同波长光的视觉敏感度不同
•光度学中，为表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别，定 义了一个函数 V ，称为视见函数，又称光谱光视效率。
Chapter5
观看仪器的示值
一般阅读及书写 精细工作（修表等） 摄影场内拍摄电影 照相制版时的原稿 明朗夏日采光良好的室内 太阳直照时的地面照度 满月在天顶时的地面照度 无月夜天光在地面产生的照度
30~50 lx
50~70 100~200 1万 3万~4万 100~500 10万 0.2 3 × 10–4
Chapter5
Km为流明与瓦之间的换算系数，在明视觉中 Km = 683 lm / W；在暗视觉条件下Km = 1755 lm / W
Chapter5
发光效率
光源的发光效率：光源发出的光通量与辐射
通量之比，即为
K = Φv/Φe Φ/P
式中，P 为电光源的电功率。
发光效率值标志了光源每瓦辐射功率所能产生 的光通量（流明数）。
光源名称
光亮度 (cd/m2)
2.5×103
10
在地球上看到的太阳
普通电弧 钨丝白炽灯灯丝 太阳照射下漫射白色表面
在地球上看到的月亮表面
人工照明下书写阅读的纸面
白天的晴朗天空
3×104
5×103
Chapter5
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.
视 见 函 数
Chapter5
视见函数的相关因素
受外界的照明条件影响而产生：
①明视觉视见函数：最敏感波长为555nm（黄光），
（明亮环境）
其相应的视见函数值V555=1，其
它波长的V(λ)值均小于1。
②暗视觉视见函数：最敏感波长为507nm（绿光），
（昏暗环境）
V507=1，其它波长的V(λ)值均小 于 1。