辐射度与光度基础精选课件.ppt
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1、关于辐射度与光度基础第一页,本课件共有51页2由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应,故用辐辐射射度度单单位位描描述述的的光光辐辐射射不不能能正正确确反反应应人人的的亮亮暗暗感感觉觉。光度单位体系是一套反映视视觉觉亮亮暗暗特特性性的光辐射计量单位,在光频区域光度学的物理量可以用与辐度学的基本物理量对应的来表示,其定义完全一一对应,其关系如表1所示。与辐射度量体系不同,在光度单位体系中,被选作基基本本单单位位的的不不是是光光量量或或光光通通量量,而而是是发发光光强强度度,其其单单位位是是坎坎德德拉拉。坎德拉不仅是光度体系的基本单位,而且也是国际单位制(SI)的七个基本单位之一。光度的基本物
2、理量光度的基本物理量第二页,本课件共有51页 光度量中光度量中最基本的单位最基本的单位是是发光强度单位发光强度单位坎德拉坎德拉(Candela),记作,记作cd,它是国际单位制中七个基本单位之,它是国际单位制中七个基本单位之一。其定义是一。其定义是555nm波长的波长的单色辐射单色辐射,在给定方向上的,在给定方向上的辐射强度辐射强度为为1683Wsr-1时,在该方向上的发光强度为时,在该方向上的发光强度为l lcd。光通量的单位是光通量的单位是流明流明(lm),它是发光强度为,它是发光强度为l lcdcd的均的均匀点光源在匀点光源在单位立体角单位立体角内发出的光通量。内发出的光通量。光照度的单
3、位是光照度的单位是勒克斯勒克斯(lx),它相当于,它相当于1 1lm的光通量的光通量均匀地照在均匀地照在1m2面积上所产生的光照度面积上所产生的光照度。第三页,本课件共有51页 人眼对各种波长的光的人眼对各种波长的光的感光灵敏度是不一样的感光灵敏度是不一样的,一,一般情况下,对般情况下,对绿光最灵敏,对红光灵敏度较差绿光最灵敏,对红光灵敏度较差绿光最灵敏,对红光灵敏度较差绿光最灵敏,对红光灵敏度较差。视见函数:视见函数:国际照明委员会国际照明委员会(CIE)根据对许多人的根据对许多人的大量观察结果,用平均值的方法,确定了人眼对各种波大量观察结果,用平均值的方法,确定了人眼对各种波长的光的长的光
4、的平均相对灵敏度平均相对灵敏度平均相对灵敏度平均相对灵敏度,称为,称为“标准光度观察者标准光度观察者”的的光谱光视效率光谱光视效率V(),(),或称视见函数或称视见函数。第四页,本课件共有51页 两种度量单位的转换两种度量单位的转换1.光谱光视效能光谱光视效能K()许多接收器所能感受的波长是有许多接收器所能感受的波长是有选择性选择性的,接收器对不的,接收器对不同波长电磁辐射的同波长电磁辐射的响应程度响应程度(反应灵敏度反应灵敏度)称为称为光谱响应度光谱响应度或或光谱灵敏度光谱灵敏度。对人眼来说采用对人眼来说采用光谱光视效能光谱光视效能K()K()来表征不同波长来表征不同波长辐射下的响应能力,辐
5、射下的响应能力,光谱光视效能光谱光视效能K()K()为为同一波长下同一波长下光谱光通量与光谱辐通量之比光谱光通量与光谱辐通量之比:第五页,本课件共有51页2.2.光谱光视效率(视见函数)光谱光视效率(视见函数)V()V()由于人眼在频率为由于人眼在频率为 (m=555nm,该波长称为峰值波长该波长称为峰值波长)的辐射下,的辐射下,K()K()最大,记以最大,记以 ,即,即光功当量光功当量。定义。定义光谱光视效率光谱光视效率V(V()为某一波为某一波长的光谱光视效能与最大光谱光视效能长的光谱光视效能与最大光谱光视效能Km之比之比:V()又称为又称为视见函数视见函数。根据对许多正常人眼的研究,。根
6、据对许多正常人眼的研究,可统计出各种波长的平均相对灵敏度。可统计出各种波长的平均相对灵敏度。第六页,本课件共有51页光度量与辐射量的关系光度量与辐射量的关系光度量是人眼对相应辐射度量的视觉强度值。由于人眼对不同波长的光的感光灵敏度不一样,能量相同而波长不同的光,在人眼中引起的视觉强度不相同。第七页,本课件共有51页 1 1、光通量光通量 :光辐射通量对:光辐射通量对人眼人眼所引起的视觉强度值。所引起的视觉强度值。例:若在波长例:若在波长到到d间隔之内的光源辐射通量为间隔之内的光源辐射通量为e,d 。则光通量为。则光通量为 Km为为辐射度量与光度量之间的比例系数辐射度量与光度量之间的比例系数,单
7、位为流明,单位为流明/瓦,瓦,Km683lm/W,它表示在波长为,它表示在波长为555nm处,即人眼光谱光处,即人眼光谱光视效率最大视效率最大(V()=1)处处,与与1w1w的辐射能通量相当的光通量的辐射能通量相当的光通量为为683lm;换句话,;换句话,此时此时1 1lm相当于相当于1/683W第八页,本课件共有51页 2 2、发光强度发光强度I:光源在给定方向上,:光源在给定方向上,单位立体角内单位立体角内所发出所发出的的光通量光通量,称为光源在该方向上的发光强度。,称为光源在该方向上的发光强度。3 3、光出射度光出射度M:光源表面给定点处:光源表面给定点处单位面积内单位面积内所发出的所发
8、出的光通量,称为光源在该点的光出射度。光通量,称为光源在该点的光出射度。第九页,本课件共有51页 4 4、光照度光照度E:被照明物体给定点处单位面积上的入射光通:被照明物体给定点处单位面积上的入射光通量,称为该点的光照度。量,称为该点的光照度。第十页,本课件共有51页 光光照度照度:入射于被照物体单位面积上的光通量入射于被照物体单位面积上的光通量.单位单位:勒克斯勒克斯(lux,(lux,简写为简写为lx),lx),客观存在客观存在,与被照物和人与被照物和人的感受无关的感受无关.照度照度光通量光通量面积面积例如:例如:用一只发光为用一只发光为17501750流流明的明的100100瓦白炽灯泡瓦
9、白炽灯泡照明一个照明一个33339 9平方米的房平方米的房间,其平均照度为间,其平均照度为1750/91750/9194.4194.4勒克斯勒克斯第十一页,本课件共有51页 5 5、光亮度光亮度L:光源表面一点处的面元:光源表面一点处的面元dA在给定方向上的在给定方向上的发光强度发光强度dI与该面元在垂直于给定方向的平面上的与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积正投影面积之比之比,称为光源在该方向上的亮度。,称为光源在该方向上的亮度。为给定方向与面元法为给定方向与面元法线间的夹角。线间的夹角。6 6、光量光量Q:光通量:光通量对时间的积分,称为光(能)量。对时间的积分,称为光(能)量。第
10、十二页,本课件共有51页 光度量只在光谱的光度量只在光谱的可见波段可见波段可见波段可见波段(380nm-780nm)(380nm-780nm)才有意义。才有意义。辐射度量辐射度量符号符号单位单位光度量光度量符符号号单位单位辐射能辐射能QeJ光量光量Qlm.s辐射通量辐射通量 eW光通量光通量lm(流明流明)辐射强度辐射强度IeW/sr发光强度发光强度Icd(坎德拉坎德拉)=lm/sr辐射照度辐射照度EeW/m2光照度光照度Elx(勒克斯勒克斯)=lm/m2辐射出射辐射出射度度MeW/m2光出射度光出射度Mlm/m2辐射亮度辐射亮度LeW/sr.m2光亮度光亮度Lcd/m2第十三页,本课件共有5
11、1页例例1:已知某已知某He-Ne激光器的输出功率为激光器的输出功率为3mW,试计,试计算其发出的光通量为多少算其发出的光通量为多少lm?假设?假设V()=0.24v,=K,e*e,=KmV()e,=6830.24310-3=0.492(lm)第十四页,本课件共有51页LEDLED的光参数的光参数第十五页,本课件共有51页几种辐射源的光亮度几种辐射源的光亮度辐射源辐射源亮度亮度(坎德拉(坎德拉/平方厘米平方厘米(cd cm-2))太阳表面太阳表面2105碳弧灯碳弧灯110460瓦除去光泽的白炽灯瓦除去光泽的白炽灯9阴极射线管阴极射线管540瓦白炽灯瓦白炽灯0.5白色发光漆白色发光漆310-6H
12、e-Ne激光器(激光器(10mW,d=1mm)7107第十六页,本课件共有51页两款摄影用测光表,可两款摄影用测光表,可以测量亮度以测量亮度第十七页,本课件共有51页几种辐射源产生的光照度几种辐射源产生的光照度辐射源辐射源照度照度(流明(流明/平方米平方米(lm m-2))He-Ne激光器(激光器(10nW,d=1mm)10米米外外5105太阳(处于天顶位置)太阳(处于天顶位置)1.2105晴朗天空晴朗天空1104阴天阴天1103全月(处于天顶位置)全月(处于天顶位置)0.27无月的阴暗天空无月的阴暗天空110-4距距60瓦白炽灯瓦白炽灯1米处米处1102第十八页,本课件共有51页常见照度计常
13、见照度计第十九页,本课件共有51页辐射度学与光度学的两条基本定律辐射度学与光度学的两条基本定律1 1辐射强度余弦定律辐射强度余弦定律 2 2距离平方反比定律距离平方反比定律第二十页,本课件共有51页1 1辐射强度余弦定律辐射强度余弦定律 “余弦辐射体”或“朗伯辐射体”特点:各方向的辐射亮度是一样的 例如:太阳 荧光屏 毛玻璃灯罩两条基本定律两条基本定律第二十一页,本课件共有51页1 1辐射强度余弦定律辐射强度余弦定律 “余弦辐射体”或“朗伯辐射体”特点:各方向的辐射亮度是一样的 两条基本定律两条基本定律第二十二页,本课件共有51页2.2.距离平方反比定律距离平方反比定律 用用点点光光源源照照明
14、明时时,被被照照面面的的照照度度E与与光光源源的的发发光光强强度度I成正比,而与被照面到光源的距离成正比,而与被照面到光源的距离l的平方成反比。的平方成反比。第二十三页,本课件共有51页第二十四页,本课件共有51页如果被照面不垂直于光线方向,而法线与光线的如果被照面不垂直于光线方向,而法线与光线的夹角为夹角为,则:,则:对于受到光照后成为面光源的表面来说,其光出对于受到光照后成为面光源的表面来说,其光出射度与光照度成正比,其中射度与光照度成正比,其中为为漫反射率漫反射率,它小于,它小于1,它与表面的性质无关。,它与表面的性质无关。第二十五页,本课件共有51页关于光度量,正确的是(关于光度量,正
15、确的是()A、辐射通量的单位为勒克斯、辐射通量的单位为勒克斯B、发光强度的单位为坎德拉、发光强度的单位为坎德拉C、光通量的单位为流明、光通量的单位为流明D、光照度的单位为坎德拉、光照度的单位为坎德拉 第二十六页,本课件共有51页填空题:填空题:填空题:填空题:1、通通常常把把对对应应于于真真空空中中波波长长在在()到到()范范围围内内的的电磁辐射称为光辐射。电磁辐射称为光辐射。2、在在光光学学中中,用用来来定定量量地地描描述述辐辐射射能能强强度度的的量量有有两两类类,一一类是(类是(),另一类是(),另一类是()。)。3、光具有波粒二象性,既是(光具有波粒二象性,既是(),又是(),又是()。
16、光的传)。光的传播过程中主要表现为(播过程中主要表现为(),但当光与物质之间发生能量交),但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的(换时就突出地显示出光的()。)。第二十七页,本课件共有51页作业作业1.某输出功率为某输出功率为6mW的氦氖激光器,发出波长为的氦氖激光器,发出波长为0.6328m的光束,均匀地投射到的光束,均匀地投射到0.8cm2的白色屏幕上。的白色屏幕上。已知屏幕的反射系数为已知屏幕的反射系数为0.96,设光速,设光速C=3 108m/s,普朗克,普朗克常数常数h=6.626 10-34js,氦氖激光的视见函数,氦氖激光的视见函数V(6328)=0.268,试求:(试
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