5-光度学和色度学基础课件.ppt
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- 光度学 色度学 基础 课件
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1、辐射量:可见光是可被人体视觉感受的电磁波,可用电磁 波的物理量来描述,称为辐射量描述法。光学量:人眼对同等大小的辐射量而波长不同的光的视觉 感受是不一样的,即不同的光对人眼的刺激程度 不一样,用人的这种视觉感受(响应)来表征可 见光的量称为光学量。辐射量光学量5.1 5.1 辐射量和光学量及其单位辐射量和光学量及其单位第五章第五章 光度学和色度学基础光度学和色度学基础一、辐射量一、辐射量1、辐射能eQ单位:J 焦耳光波携带电磁能 以辐射形式发射、传播和被接收。eQ2、辐射通量e单位:W 瓦特 (焦耳/秒)单位时间内发射、传播或接收的辐射能。dtdQee3、辐(射)出(射)度eM单位:W/m2
2、辐射源单位面积(无论方向如何)辐射出的辐通量。用来描述辐射体表面不同位置的辐射特性。dAdtdQdAdMeee4、辐照度eE单位:W/m2 受照面上单位时间单位表面积接受的辐射能,或单位表面接受的辐通量。接收面方位不同,其照度亦不同。dAdtdQdAdEeee5、辐射强度 (发光强度) eI单位:W/sreedId球面度球面度 点光源在某一方向上,在元立体角 内发出的辐射通量(描述辐射体在不同方向上的辐射特性)。d2rdAdrdA()/coscoscoseeeeddLdAdAddIdA()6、辐射亮度eL单位:W/sr m2 为了描述有限大小有限大小的光源辐通量的空间分布。元面积为 的光源,在
3、与其法线成 角的方向上,在元立体角内发射的辐通量为dedA二、光学量二、光学量标度可见光可见光对人眼的视觉刺激程度视觉刺激程度的量。 1、光通量v单位:lm (流明)2、光出射度vM单位:lm /m2光源单位发光面积发出的光通量。 vvdMdA辐射通量相同但波长不同的光,光通量是不同的,如当5550埃的黄绿光与波长为6500埃的红光辐射通量相等时,前者的光通量是后者的十倍。3、光照度vE单位:lm /m2 = lx 勒克斯 单位受照面积接受的光通量。 vvdEdAvI4、发光强度单位:lm /sr = cd 坎德拉vvdId 点光源在某一方向上,在元立体角 内发出的光通量。 d关于单位坎德拉(
4、 ): cd12540 1055501(/)1683evvHzAIw srIcd绿光在某一方向上,当时,同方向上ddIvv 坎德拉(cd)是光学基本量,是国际单位制中的七个基本单位之一,由此可导出光通量的单位。cdIv1srd1若 ,而 则在该方向上,1vdlm5、光亮度vL单位:cdcd /m2 为了描述有限大小有限大小的光源光通量的空间分布。元面积为 的光源,在与其法线成 角的方向上,在元立体角内发射的光通量dv dAcoscosvvvdILdAddA常见发光表面的光亮度值见P76页表5-1元发光面dA的光亮度Lv等于元面积dA在方向的发光强度Iv与该面元面积在垂直于该方向平面上的投影co
5、sdA之比。三、三、光学量和辐射量的关系光学量和辐射量的关系( (一一) ) 光谱光效率函数视见函数e 具有相同辐射通量 而波长不同的可见光对人眼的刺激程度不同。换言之,人眼对不同波长而辐通量相同的光的响应灵敏度是波长的函数表征这种响应关系的函数称之为光谱光效率函数(视见函数视见函数)。观察场明暗:明视觉、暗视觉( (二二) ) 光学量和辐射量间的关系 dVKdemV dVKdemV (暗视条件) V函数 实际上反映了人眼对不同波长的光的视感程度。d故,在 范围内, (明视条件)5550 1VWlmKm/683当 , 时, 光功当量mKmK=1755lm/W其意义同 相同。波长为5550A、V
6、()1单色光的绝对光谱光效率值在整个可见光范围38007800内,总光通量为: dVKemV暗视:出射度、照度、强度、亮度之间将有相同的关系。 dVKemV明视:vLvIeI强度:eL 亮度:空间分布特性:vMeM出射度:vEeE照度:发出、接受的通量:一、点光源在与之距离为一、点光源在与之距离为r r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度dAdE Idd2cosrdAd2cosrIE在被照面上,面的方位不同,其照度亦不同。平方反比定律:同样大小的被照面,其照度值随它距点 光源的距离r的增加成反比例减小。Sdcos dA5.2 光传播中光学量的变化规律光传播中光学量的变化规律dAr二、面光源
7、在与之距离为二、面光源在与之距离为r r处被照面上的照度处被照面上的照度面光源的亮度为:ddAdLs1cos则:ddALds1cos22cosrdAd212coscos/sdLdA dA r2121rdAEs(假定L为常数)11NsdA2N2221coscosrdALdAdEsdAr1d21dd元光管壁上无光溢出(无损失)观察两截面 上的光亮度21,dAdAdAddLcos22222cosddALd21LL 光在元光管内传播,亮度不变三、单一介质元光管内光亮度的传递三、单一介质元光管内光亮度的传递元光管: 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间11N2N2r1d2d121dA2dA2112
8、22coscosrdAdAL11111cosddALd222111coscosrdAdALidAddLcos反、折射的光通量:1111cosdAdiLdcosdAdiLd对于反射光波(反射定律)ddii11,四、光束经界面反射和折射后的亮度四、光束经界面反射和折射后的亮度 一束光投射到两透明介质的界面,会形成反射和折射两路光束。设入射光的光亮度为L,入射角为i,立体角为d,在界面上投射面积为dA。idAdLdcos入射的光通量,1LL分别是反、折射的光亮度 , ,11ii分别是反、折射角及立体角LLdd11故:反射比对于两透明介质表面,1LL 1故:dAidLdAdiLddcoscos对于折射
9、光束:取入射面一微小面元 ,如图中ABCD所围的小正方形,其面积为:dS2dSrdrdir d di2sinsindSidrdidid LL1反射光亮度等于入射光亮度与界面反射比之积sindi di d 同理:idiiLi diiLdAididiLdAdi diiLddsincossincossincossincos代入根据能量守恒定律 221nnLL 222211nnnnLLL nn LLL 1,(当 时, )根据折射定律有:等式两边对 、 同时取微分得:iisinsinnini式乘以式得:22sin cossin cosniidiniidi1ddd入射光出射光dd 1coscosnidin
10、i di对于折射光束:22sincossincosnLnLidiiLi diiLddcdAIdAILNNcoscos则:一个均匀的球形发光体就是一个余弦辐射体。五、余弦辐射体五、余弦辐射体从任何方向上看,余弦辐射体的亮度L均为常数dAIdAddLcoscoscosI发光体的发光强度:,即:cosNII 余弦辐射体在方向的亮度cosNII cdAIdAILNdANII22面积为的发光盘,法线方向的发光强度为 ,在与法线成 角的方向上,其发光强度变为 ,如果 角由 ,发光强度矢量的端点的轨迹为一个圆。 余弦辐射体可能是自发光面,如绝对黑体、平面灯丝钨灯等。 也可能是透射或反射体。受光照射经透射或反
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