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第一章、测量术语、基本量和单位

第一章、测量术语、基本量和单位. §１ - １辐射度学中的量和单位 §１ - ２人眼视觉 §１ - ３光度学中的量及单位 §１ - ４光源的颜色与色温 §１ - ５光辐射测量中的基本定律和定则. §１ - １辐射度学中的量和单位. 辐射能：Ｑ e(Radiant energy) 1 、定义：以辐射的形式发射、传播或接受的能量。 2 、单位：焦耳（Ｊ）. 辐射通量： Φ e(Radiant flux) 1 、又称 : 辐射功率 Pe （ Radiant power 2 、定义 : 以辐射的形式发射、传播或接受的功率。

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第一章、测量术语、基本量和单位

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  1. 第一章、测量术语、基本量和单位 • §１-１辐射度学中的量和单位 • §１-２人眼视觉 • §１-３光度学中的量及单位 • §１-４光源的颜色与色温 • §１-５光辐射测量中的基本定律和定则

  2. §１-１辐射度学中的量和单位 • 辐射能：Ｑe(Radiant energy) 1、定义：以辐射的形式发射、传播或接受的能量。 2、单位：焦耳（Ｊ）

  3. 辐射通量：Φe(Radiant flux) 1、又称:辐射功率 Pe（Radiant power 2、定义:以辐射的形式发射、传播或接受的功率。 3、定义式: 均匀辐射: 4、单位:瓦特(Ｗ)或焦耳/秒(J/S） 　　　　　 １Ｗ=1J/S

  4. 辐射强度:Ie(Radiant intensity) １、立体角:（Ω） ①定义：设在圆球表面切出一个小圆的面积S与圆 球半径r平方之比 ②定义式:Ω=S/r2 ③单位:球面度(Ｓr) ④整个球面度为:Ω=S/r2=4Л 　半个球面度为:Ω=S/r2=2Л

  5. ２、辐射强度： ①、定义:在给定方向上的立体角元内，离开点辐射源（或辐射面元）的辐射通量除以该立体角． r s I=dΦ/dΩ dΩ

  6. ②、定义式: 均匀辐射: ③、单位:瓦/球面度（W/Sr） ④、均匀点辐射源（各向同性）Ie不随方向变而 变，故整个球面的辐射通量为： Φe＝IeΩ＝4ЛIe

  7. 辐射出射度:Me(Radiant exitance) 1.定义:辐射体单位元表面所辐射的通量 2.定义式:均匀辐射: 3.单位:w/m2

  8. 辐射照度:Ee(Irradiance) １.定义:被辐射的单位元表面里入射或获得的辐 射通量的多少 ２.定义式:均匀辐射: ３.单位:w/m2

  9. 辐射出射度与辐射照度的区别： 辐射出射度与辐射照度的表达式和单位完全相同． 区别在于:Me描写面辐射源向外发射的辐射特性(a) Ee描写辐射接受面所接受的辐射特性(b)

  10. 辐射亮度:Ｌe(Radiance) 1.定义:沿r方向的辐射强度Ie与面元dA(在垂直于r 方向平面正投影面积dA)的比值称为dA沿r 方向的辐射亮度 2.定义式: 3.单位:w/(m2·Sr)

  11. 光谱密集度： １.定义：包含该波长的无穷小波长间隔内的辐射 通量与相应波长间隔之商称为光谱密集度． ２.公式： 注:Xeλ代表任何一个辐射量 eg:光谱辐射通量为: 指的是单位波长间隔内向外辐射通量的多少

  12. §１-２人眼视觉 • 眼睛的特性： 锥体细胞的感光灵敏度低，在３cd/m2的亮度条 件下作用，能分辨物体的颜色和细节称之为锥体视 觉又称明视觉（Ｐhotopic Vision) 杆体细胞只能在黑暗的环境下（L=10-2 cd/m2以 下)作用，称之为暗视觉（Scotopic Vision) 介于这两视觉之间的视觉称之为中间视觉 （正常人眼睛对黄绿光最灵敏，对红光和紫光最不灵敏）

  13. 光谱光视函数曲线: 1.光谱光视效率V(λ):设引起相同视觉的波长和波长为555nm的辐射通量分别为Φλ和Φ555则视觉函为:V(λ)=Φ555/Φλ是个无量纲的物理量

  14. ２.物理意义:V(λ)反映人眼对各种不同波长光的视２.物理意义:V(λ)反映人眼对各种不同波长光的视 觉灵敏度． 　将555nm所对应的黄绿光波长的光谱光视效率值 定为１，为最大值；红光和紫光的光谱光视效率值 最小；红外和紫外光的光谱光视效率值为０．

  15. 暗视觉 明视觉 ３.由图看出： 　明视觉条件下V(λ)所对应的峰值波长为555nm，暗视觉条件下V(λ)所对应的峰值波长为507nm.

  16. 光度量与辐射量的关系: 研究表明：明视觉条件： 暗视觉条件： Km：最大光谱光效能（单位：lm/w)即发光效率的 极限值

  17. 明视觉条件：Km=683lm/w 　暗视觉条件：Km′=1700lm/w 故光通量与辐射通量的关系：　　　　　　 或

  18. §１-３光度学中的量及单位 光度学中以光强的单位“坎德拉”作为基本单位， 其他光度量的单位作为导出单位． • 光通量Φv(luminous flux) 1.定义：光源在单位时间内发出的光量的多少 2.公式：Φv=dQv/dt 3.单位：lm（流明）

  19. 光强Iv(luminous Intensity) 1.坎德拉(cd)的最新规定：即一个烛光，它是光源 发出频率为540×1012Hz的单色辐射，在给定方向 上的辐射强度为1/683w/Sr时，其光强为１坎（cd)

  20. 2.光强定义:光源在指定方向上通过单位立体角内2.光强定义:光源在指定方向上通过单位立体角内 的光通量的多少 3.光强公式:Ｉv=dΦv/dΩ 发光均匀分布:Ｉv=Φv/Ω 4.单位:cd（坎德拉） I w Ｉv=dΦv/dΩ

  21. 光出射度Mv(Lminous exitance) 1.定义：面光源单位元表面内向外所发射的光通量 2.公式：Mv=dΦV/dＡ 发光均匀：M=Φv/Ａ 3.单位：lm/m2（流明/平方米）

  22. 流明 照度 面积(m2) • 光照度Ev(illuminance) 1.定义:被照物体单位元表面里入射或获得的光通 量的多少 2.公式：Ev=dΦv/dＡ 光通量分布均匀：Ev=Φv/Ａ 3.单位:lx（勒克斯)

  23. 光亮度Lv(luminance) 1.定义:面光源在给定方向上，单位正投影面积的 发光强度 2.公式: 光通量分布均匀： 3.单位:Sb(熙提)或nt(尼特)或cd/m2(坎德拉/平方 米)

  24. 光效η 1.定义:面光源发出的总光通量与它所消耗的电功 率之比称为光源的发光效率 2.公式:η=Φv/P电 3.单位:lm/w 4.对于白炽灯: 直流供电气体放电灯：P电=U灯I灯 交流供电气体放电灯：P电=U灯I灯·cosφ

  25. 5.常见几种灯的发光效率： 白炽灯：8-17lm/w 金属卤化物灯：45-60lm/w 日光灯：30-60lm/w 高压钠灯：100-150lm/w 低压钠灯：180-200lm/w

  26. §1-4光源的颜色与色温 • 光源的颜色：（色表和显色性） １.光源的色表:光源发光时，人眼直接看光源时光 源所呈现的颜色 2.光源的显色性:某光源与标准光源分别照射同一 物体时,人眼所产生的颜色类别用 显色指数来定量描述

  27. 显色指数 显色指数：用数字来表达演色能力 CIE 计算CRI值的色板

  28. 显色性 带有黄色滤片的白炽灯光照下的显色性 在低压钠灯光照下的显色性

  29. 几种灯的颜色特性： 1.高压汞灯:色表↑，显色性↓ 2.白炽灯:色表↓，显色性↑ 3.钠灯:色表和显色性↓故被照物体颜色会失真

  30. 讨论:为何高压汞灯和钠灯照射物体会失真？ 　　　　①了解钠灯和高压汞灯的辐射光谱线 　　　　②了解钠灯和高压汞灯的色表和显色性 　　　　③颜色的决定因数 • 结论:自身发光的物体颜色由光谱功率分布决定。 　　　 本身不发光的物体颜色取决于光谱功率分布和物体的发射特性或透射特性

  31. 色温与相关色温: １.色温:Tc(colour temperature) 待测辐射源在温度T时所呈现的颜色与某一温度 Tc时的黑体颜色相同(色品相同)则称Tc为该辐射体 光源的颜色与色温的色温度。简称色温Tc(单位:Ｋ)

  32. 各光源的色温

  33. ２.相关色温： 在均匀色品图中黑体轨迹上与待测辐射体色品最接 近的色温度称之为相关色温用Ｔ表示（单位：Ｋ）

  34. u-v色度图中黑体轨迹和等色温线[LM]

  35. 照度与色温关系 为了使照明具有良好的效果，所选用的光源的色温必须与要求的照度相适应. 照度和光源色温的关系

  36. §１-５光辐射测量中的定律与定则 • 朗伯定律或理想漫射面的余弦定则: １.朗伯定律 在θ方向上： 在法线方向上： 如果发光面或漫射面的亮度不随方向而改变，则有: 故 2.遵从朗伯定律的光源称为朗伯光源． 　只有绝对黑体才是朗伯光源

  37. 3.朗伯光源的特性 ①单位面积上的光出度为其亮度的 倍： 　　　　　　或 　 ②当二个元表面dA1.dA2亮度相等时,一元表面发射 到另一元表面的光通量等于它自身获得的光通量． 即

  38. 距离平方反比定律 １.在r⊥dA方向上的光强为: 面积为dA的照度E为: 而 　 故 垂直于光线传播方向的被照元表面的照度与光强成 正比，而与光源到被照元表面的距离平方成反比即 为距离平方反比定律(图如下）

  39. ２.当被照元表面dA到光源的距离由r1变到r2时，则相应的照度由E1→E2有下列关系：２.当被照元表面dA到光源的距离由r1变到r2时，则相应的照度由E1→E2有下列关系： E1/E2=r12/r22 　可知距离变化一倍，照度变化四倍．

  40. 11 lx 25 lx 100 lx 1 m 2 m 3 m 平方反比定律 当光源为点光源、距离大于光源最大尺寸的十倍时，此定理成立

  41. 光源 Ep = I / d2 立体角ω 距离d I 平面A P 平方反比定律 光强与距离无关

  42. 注意:满足此定律前提： ①点光源（L≥10R) ②在介质中光不被吸收 　　 ③在给定的立体角内，光通量分布均匀 • 实际:①光源尺寸取得足够小（距离加大） ②在空气中，可忽略光吸收 　　　 ③立体角要足够小

  43. dΩ dΩ dA dA • 照度的余弦定则　 　Ｎ　 I→r方向的光强 E0→垂直于传播方向的照度 Eθ→以倾角为θ的光线斜射到dA表 面的照度 • 结论：光线倾角θ↑→E↓ 　　　　故实际测量时应考虑这一因素．

  44. 余弦定理 光源 y 距离d h y p 平面 A

  45. 光源 y h 距离d 余弦定理

  46. 例题：一理想漫射面的面积为2cm2,其亮度为 25cd/cm2 求：①垂直方向上的光强度 ②在与垂直方向成600倾斜角方向上的光强 ③如果光线垂直射至50cm远处半径为2cm的圆 形屏幕上，求入射到屏幕上的光通量为多少？

  47. 解: ①由L=I/dA ·cosθ知在法线上θ=0０ 　　　　故I=L·A=25×2=50cd ②此为理想漫射面故由朗伯定律知： Iθ=I０·cosθ=50×cos600=25cd ③依题由距离平方反比定律知屏幕上照度为： E=Ｉ/r2=Φ/Ａ得屏幕上的光通量为： Φ=E·Ａ=I０/r2 ·Ａ=50/502×2Л×4 =4Л/25 lm

  48. 结束语 谢谢大家!

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