照明光学基本知识-光度学

一．辐射与光谱
4．黑体辐射
黑体是一种理想的吸收和辐射体，它能将射向表面的电磁辐射完全吸收， 也能无损失的完全辐射出去。 如图是黑体辐射的相对光谱功率分布曲线。由图可知随着温度的升寓，黑 体的辐射功率迅增加，且峰值波长向短波方向移动。绝对黑体在自然界中是 没有的。
二．光通量
引入视见函数V(λ)后，就可以定义光通量，它表示光源表面的辐射通量 对人眼引起的视觉强度，单位为流明(luemn) Φ=Km
∫P(λ)V(λ)dλ=683 ∫P(λ)V(λ)dλ
实验测量对人眼最敏感的555nm的单色辐射，1W的辐通量等于683lm的光通 量。其它波长的单色光1W的辐通量均小于683lm。
二．光通量
三．发光强度
光源在给定方向上的单位立体角内所发射的光通量，是国际单位制中七个基本 单位之一。单位为坎德拉(cd)
/2
2


0
I n cos sin d d I n
0
LED发光特性一般为近似余弦辐射体，所以可依LED光通量大致算出中心光强。
四．光照度
受照面单位面积接收的光通量，单位为勒克斯(lux)
E
d dS
照度与光强的平方反比定律：
d Id
对于各向发光均匀的点光源， d I cos EI dS R2 dS A dΩ I R O N θ dΦ
一．辐射与光谱
3．人眼视觉特性
人眼视网膜的感光细胞可分为杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞灵敏度高， 能感受极微弱的光；锥状细胞虽然灵敏度低，但能分辨细节。明亮的环境下主 要是锥状细胞起作用，称为明视觉(亮度大于3.5cd/m2)。昏暗的环境下主要是 杆状细胞起作用，称为暗视觉(亮度小于0.035cd/m2)。
点光源在某一方向上所张的立体角元为
d I d
N
d sin dd
得出整个空间的立体角为
dΩ
V
θ
dSi

如果是各向均匀发光体，则总光通为
4
三．发光强度
对于余弦辐射体(朗伯光源)，
I I n cos
d I d I n cos sin dd
六．光亮度
七．各光度量间的转换关系
各光度量之间的转换关系如图所示，其中标有下划线的关系式只使用于余弦 辐射体
L
I d ddS cos dS cos
Ⅰ
ห้องสมุดไป่ตู้
Iθ In
N
dΩ O
对于朗伯光源， I
I n cos I In L Ln ds cos ds
A
dS
所以朗伯光源从各个方向观察亮度均相同。积雪、白墙、粗糙的白纸、CRT 屏幕、电影屏幕均为近似的理想朗伯反射体，而液晶显示器不是朗伯反射体 。
光学基本知识——光度学
一． 二． 三． 四． 五． 六． 七．
辐射与光谱 光通量 发光强度 光照度 光出射度 光亮度 光度量间的转换关系
一．辐射与光谱
1.电磁波谱
每个绝对零度以上的物体都在向外辐射电磁波，称为该物体的电 磁波谱。如果只考虑其在光学光谱区的辐射，则称为光谱。
一．辐射与光谱
２．辐射通量
四．光照度
四．光照度
五．光出射度
光源的光出射度是光源上每单位面积向半个空间(2π)内发出的光通量，单 位为lm/m2
d M dS
对于受照后成为面光源的表面，光出射度与光照度成正比
M E
(ρ称为漫反射率，值小于１)
六．光亮度
光源在某一方向上单位投影面的发光强度，单位为cd/m2，称为尼特(nit)
一．辐射与光谱
眼睛的灵敏度与波长的依赖关系， 称为光谱光视效率(或称视见函数)V(λ)。 因人眼有明视觉和暗视觉二重功能，光 谱光视效率也有两种。人眼对黄绿光最 为敏感；对红色和紫色光较差；而对红 外光和紫外光则无视觉反应。在引起强 度相等的视觉情况下，若所需的某一单 色光的辐射通量愈小，则说明人眼对该 单色光的视觉灵敏度愈高。 比如一块烧得很烫但没有发红的 铁，辐射能量很强，但因为它只发出红 外线，所以我们看它也是“黑”的。
光源表面一面积元dS的辐射通量可以用单位时间内该面积元dS辐射出来 的所有波长的光能量（也就是通过该面积的辐射功率）来表示，单位为瓦特
e
dQe dt
由于光源的辐射由不同波长的光组成 ,不同波长的光在其中所占的比例 又是不同的。设P(λ)是辐射通量随波长变化的函数，称为辐射通量密度。则 从面积元dS发出的各种波长的光的总辐射通量为： P=∫P(λ)dλ 辐射通量代表的是光源面积元在单位时间内辐射的总能量的多少，而我 们感兴趣的只是其中能引起视觉的部分。相等的辐射通量，由于波长不同， 人眼的感觉也不同。