工程光学基础光度学和色度学基础

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?
?
cos?dA
r2
d?
?
I cos?dA
r2
E
?
I r2
cos ?
I为发光强度
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 cos?1 cos? 2
r2
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。
d?
1
?
L1 cos?1dA1d?
1
?
L1 cos?1dA1
dA2 cos? 2
r2
同理：
d?
2
?
L2
cos? 2dA2
dA1 cos?1
r2
d? 1 ? d? 2 ? L1 ? L2
所以，光在元光管内传播，各截面上的光亮度相同
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 3×10 4 (500~1500) ×104 25×102
10 5×10 3 25×108
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 ）
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'(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
Qe
2. 辐通量： 单位时间内的辐射能，单位瓦特。 （W）
?
e
?
dQe dt
3. 辐出度： 辐射源单位发射面积发出的辐通量。（ W/m 2)
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/m 2)
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 ）
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：
d? v (? ) ? K mV (? )? e (? )d?
暗视觉条件下：
d? v (? ) ? K m?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
Ie
?
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
cos?dAd?
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/m 2) ； 3.光照度(1 lx = 1 lm/m 2) ； 4.发光强度(1 cd = 1 lm/sr) ； 5.光亮度(cd/m 2) 。
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
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 0.0000002照物体表面光照度值
被照表面
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
照 度 （lx）
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
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