第六章-辐射度学和光度学基础

第六章辐射度学和光度学基础Chapter5:Radiometryandphotometry§6-2辐射度学的基本量一、辐射通量辐射体单位时间辐射的总能量，称辐射通量，用表示。单位瓦特。辐射的能量其实是波长的函数，称光谱密集度，用表示。eΦeΦ0)(ΦΦddΦΦΦe0limeΦdΦdΦedΦΦee0§6-2辐射度学的基本量二、辐射强度单位立体角内辐射的辐射通量，称辐射强度，记作eIedΦdddΦIee单位：瓦每球面度（W/Sr）§6-2辐射度学的基本量二、辐射出射度和辐照度辐射体单位面积辐射的辐射通量，称辐射出射度，记作接受体单位面积接收到的辐射通量，称辐照度，记作eMdΦdΦdSdSAAeE单位：瓦每平方米（W/m2）dSdΦMeedSdΦEee§6-2辐射度学的基本量二、辐亮度辐射体在某方向上单位面积单位立体角辐射的辐射通量，称辐亮度，记作eL单位：瓦每球面度每平方米（W/Sr·m2）neneedSIdSddΦLAdScosdSdSn§6-3人眼的视见函数人眼可以感受的光谱区间390-780nm，称作可见光人眼对不同波长辐射的的敏感度不同，敏感度与波长的关系，称作视见函数，用V(λ)表示人眼对555nm的黄绿光最敏感，定义它的视见函数为1，即V(555)=1其它波长的视见函数，按相同观察条件下，测得的结果与555nm下测得的结果之比，显然V(λ1人眼在明视觉和暗视觉下，视见函数有所不同§6-3人眼的视见函数§6-4光度学中的基本量一、发光强度和光通量对某一单色光λ，辐射体辐射的能量按视见函数提取的能量，称作光通量，记作ΦeΦVCΦ)(对某一立体角dddΦVCddΦe)(IddΦ称作发光强度eIVCI)(§6-4光度学中的基本量一、发光强度和光通量发光强度I的单位为坎德拉（坎，cd），为七个国际基本计量单位之一。定义：1cd为发光体发出555nm的单色波，且测得同方向的辐射强度为(1/683)W/Sr，则发光体在该方向上的发光强度为1cd1)555(VW/Sr6831eI68311cd1C683CeIVCI)(eIVI)(683§6-4光度学中的基本量一、发光强度和光通量IddΦVdΦe)(683Φ光通量单位：流明、lmSr1cd1lm1§6-4光度学中的基本量一、发光强度和光通量Let)(683)()(VVCKK(λ)称为λ的光谱光视效能eedΦKdΦVdΦ)()(683全光谱光通量与辐射通量之间的关系dΦKdΦKdΦΦee000)()(定义：光视效能00)(dΦdΦKΦΦKeee光视效能的单位为：lm/W§6-4光度学中的基本量光源光视效能光源光视效能钨丝灯(真空)8-9.2日光灯27-41钨丝灯(充气)9.2-21高压水银灯34-45石英卤钨灯30超高压水银灯40-47.5气体放大管16-30钠光灯60常用光源的光视效能§6-4光度学中的基本量例：一个功率（辐射通量）为60W的钨丝充气灯泡，假定它在各个方向上均有发光，求它的发光强度。钨丝充气灯泡的光视效能9.2-21，取平均值为15lm/Wlm9006015eΦKΦcd62.714ΦI§6-4光度学中的基本量二、光出射度和光照度发光体单位面积发射的光通量，称光出射度，记作接受体单位面积接收到的光通量，称光照度，记作MEdSdΦMdSdΦESΦMSΦE光照度的单位为：勒克斯（lx）2/11mlmlx§6-4光度学中的基本量二、光出射度和光照度发光体单位面积发射的光通量，称光出射度，记作接受体单位面积接收到的光通量，称光照度，记作MEdSdΦMdSdΦESΦMSΦE光照度的单位为：勒克斯（lx）2/11mlmlx表6-3§6-4光度学中的基本量例：如图所示，在15m处照明直径为2.5m的圆面积。要求像面平均照度为50lx，聚光镜的焦距为150mm，通光孔径也为150mm，求灯泡的发光强度和灯泡通过聚光镜成像后在照明范围内的平均发光强度，以及灯泡的功率和位置。2.5m150mm'uu15m像面总光通量：lm24625.1502ESΦ0783.015075.025.1)'tan(u5.4'uSr0195.02'sin4'2ucd1026.1''4ΦI§6-4光度学中的基本量例：如图所示，在15m处照明直径为2.5m的圆面积。要求像面平均照度为50lx，聚光镜的焦距为150mm，通光孔径也为150mm，求灯泡的发光强度和灯泡通过聚光镜成像后在照明范围内的平均发光强度，以及灯泡的功率和位置。2.5m150mm'uu15m像面总光通量：lm246Φmm97.952)'tan(-75mm'ulmm130l130mm-mm75)tan(u30uI§6-4光度学中的基本量例：如图所示，在15m处照明直径为2.5m的圆面积。要求像面平均照度为50lx，聚光镜的焦距为150mm，通光孔径也为150mm，求灯泡的发光强度和灯泡通过聚光镜成像后在照明范围内的平均发光强度，以及灯泡的功率和位置。2.5m150mm'uu15m若灯泡均匀发光：lm36704IΦ若用充气钨丝灯泡lm/W15KW245KΦΦe§6-4光度学中的基本量三、光亮度发光体在某方向上单位面积单位立体角发射的光通量，称光亮度，记作L单位：坎每平方米（cd/m2）nndSIdSddΦLAdScosdSdSn表6-4§6-5光照度公式和发光强度的余弦定律一、光照度公式2cosldSdAdSdΦdIdS面内的光通量:IddΦ2coslIdSdΦ2coslIdSdΦEl§6-5光照度公式和发光强度的余弦定律一、光照度公式222211coscoslIlIEXXStandardsourcetestedsource1I2I1l2l121222IllI§6-5光照度公式和发光强度的余弦定律二、发光强度余弦定律大多数均匀发光的物体，在各个方向上的光亮度都近似一致。AdSI0Icos0dSIdSILcos0II符合上式（发光强度余弦定律或朗伯定律）的发光体称作“余弦辐射体”或“朗伯辐射体”。dS0IIAudSL§6-5光照度公式和发光强度的余弦定律二、发光强度余弦定律发光强度ddΦIIddΦ000cosdIIdΦcos2ddudIΦ00coscos2uLdSuIΦ220sin)cos1(单面发光u=90°LdSΦ双面发光LdSΦ2§6-5光照度公式和发光强度的余弦定律例：假定一个钨丝充气灯泡的功率为300W，光视效能为20lm/W，灯丝尺寸为8X8.5mm2，双面发光，求在灯丝面内的平均光亮度。8mm8.5mm总光通量lm600030020eKΦΦ两面发光LdSΦ22733cd/m104.1105.8108260002dSΦL§6-6全扩散表面的光亮度全扩散表面：光线在物体表面进行漫反射，如果被照明物体表面各方向上的光亮度相同，称此表面为全扩散表面。全扩散表面具有余弦辐射特性，或叫朗伯体。dΦdSEEdSdΦdS面接收的光通量若漫反射表面的反射系数为，则它反射的光通量为EdSdΦdΦ'对朗伯体EdSLdSdΦ'EL1全扩散表面的光亮度公式§6-6全扩散表面的光亮度常见物体表面的漫反射系统照明表面漫反射系统/%照明表面漫反射系统/%氧化镁96黏土16石灰91月亮10-20雪78黑土5-10白纸70-80黑呢绒1-4白砂25黑丝绒0.2-1§6-7光学系统中光束的光亮度一、均匀透明介质情形cosdSddΦL光亮度定义:dSLddΦ1dΦ2dΦ22111111ldSdSLdSdLdΦ21222222ldSdSLdSdLdΦ21dΦdΦ21LL元光管无光能损失§6-7光学系统中光束的光亮度1111cosISdLdΦ空间1n211211sinrdIrrdIrdSdddIIISLdΦ11111sincosddIIISLdΦ22222sincos空间2n21dΦdΦ无光能损失22211112sincossincosdIIIdIIILL§6-7光学系统中光束的光亮度22211112sincossincosdIIIdIIILLSnelllaw2211sinsinInIn微分222111coscosdIIndIIn212212nnLL211222nLnL§6-7光学系统中光束的光亮度211222nLnL1.当12nn21LL2.当21LL12nn3.对光学系统2222211kknLnLnL4.物像空间LnnL2''5.有光能损失LnnL2''§6-8像平面的光照度一、轴上点的光照度公式L'L'dSn'nmaxUmax'Umax2'sin'''UdSLΦ像面光通量：像面光照度：max22max20'sin''sin'''UnnLULdSΦELnnL2''Whennn'max20'sin'ULE§6-8像平面的光照度二、轴外像点的光照度公式22'coscos'lIlIE'''0E'El0l'cos0II'cos0ll'cos''cos'404200ElIE§6-8像平面的光照度二、轴外像点的光照度公式'cos''40EE10°0.94140°0.34420°0.78050°0.17130°0.56360°0.063'cos'cos'/'0EE'/'0EE如果存在渐晕，面渐晕系数为K'cos''40KEE§6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数§6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数max20'sin'ULEmax'UD'f'2'sinmaxfDU22014'4'FLfDLE相对孔径:'fDF数:DfF'像面照度按减少一半变化，则相对孔径按变化，即:211:11:1.41:21:2.81:41:5.61:81:11§6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数DfF'11.422.845.681120'4'fDLEF制光圈22''fDfDTFTFFF20'4'fDLET§6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数TFFF例：有一照相物镜透过率为0.85，T制光圈为1:2，求F制光圈。85.02TF84.1TFFFF制光圈1:1.84§6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数曝光量：如照相物镜像平面光照度为E，曝光时间为t，定义底片单位面积接收的曝光量为HEtH单位：勒克斯·秒、lx·s§6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数例：在晴朗的白天进行外景摄影，要求天空在底片上的曝光量为H=0.4lx·s，假定曝光时间t=0.01s，物镜的透过率为0.85，求应选多大的光圈数slx4.0Hs01.0tlx40tHE85.0晴朗的白天天空光亮度为:5000cd/m220'4'fDLE012.0'2fD1.9111.0'fD选哪一个光圈？§6-10人眼的主观光亮度一、发光点dla224laIIddΦ主观光亮度由光通量决定：路灯§6-10人眼的主观光亮度二、发光面max22'sin''UnnLE主观光亮度由光照度决定：ma