光度學基礎概述主講人：夏錦濤知識目標掌握立體角與人眼視見函數掌握光通量掌握發(fā)光強度掌握光照度掌握光亮度能力目標思政目標能對光的單縫衍射有深刻的理解具有工匠精神

學

習

目

標光度學概述在可見光波長380-760nm范圍內，能引起人眼光亮感覺，并對人的視覺形成刺激的電磁輻射。用視覺受到刺激的程度，即視覺感受來量度可見光。光學中，與能量有關的量有兩類：一類是物理量，稱為輻射度學量；另一類是生理量，稱為光度學量。輻射度學量用來表示輻射能的大小，光度學量用來表示人眼對輻射能的視覺強度。當可見光進人人眼，主觀感覺根據波長不同表現為各種顏色。眼睛對短波的紫外線或長波的紅外線也會有反應，但這種反應不會產生光亮感覺。在可見光波段內，考慮到人眼的主觀因素后的相應計量學科稱為光度學。立體角的定義：一個任意形狀的封閉錐面所包含的空間稱為立體角，用

Ω

表示。立體角和人眼視見函數立體角立體角單位：以錐頂為球心，以r為半徑作一圓球，若錐面在圓球上所截出的面積等于r2，則該立體角為一個“球面度”（sr）。立體角和人眼視見函數立體角整個球面的面積為

4πr2，對于整個空間有：

即整個空間等于

4π球面度。立體角是平面角向三維空間的推廣。在二維空間，2π

角度覆蓋整個單位圓。在三維空間，4π

的球面度立體角覆蓋整個單位球面。立體角和人眼視見函數從一個球面上去除1球面度立體角的圓錐立體角和人眼視見函數人眼的視見函數：輻射能：單位時間內通過某一面積的全部輻射能量為通過該面積的輻射通量。接收器對不同波長輻射的反應程度為光譜敏感度。人眼對可見光譜（380~760nm）不同波長輻射引起的視覺反應程度（光譜靈敏度）是不同的。立體角和人眼視見函數視見函數：把人眼對黃光的視覺靈敏度作為基準，其它色光的視覺靈敏度與黃光的視覺靈敏度相比，得出各種色光的相對視覺靈敏度，稱為視見函數，用V(λ)表示。把人眼最靈敏波長（λ=555nm）的視見函數規(guī)定為1，即V(555)=1V(λ)≤1不同人在不同觀察條件下的視覺函數略有差別立體角和人眼視見函數明視覺視見函數：光通量光通量：標度可見光對人眼視覺刺激程度的量。能引起人眼光刺激（視覺反應）的輻射通量為光通量。取決于輻射通量

dΦe

和視見函數V(λ)。視覺強度與輻射通量dΦe

和視見函數V(λ)成正比。dΦv

表示該輻射所產生的視覺強度。dΦv

是按人眼視覺強度來度量的輻射通量，稱為“光通量”。

光通量C為單位換算常數，由dΦv

和dΦe所采用的單位決定。光通量的單位是流明（lm）。一只40W白熾燈的全部輻射

的光通量為500lm，而40W的熒光燈的全部輻射約為2300lm。

在指定方向上光源發(fā)光的強弱，即光源在某方向上的單位立體角內發(fā)出的光通量。

發(fā)光強度發(fā)光強度的單位為坎（德拉）（cd）。

發(fā)光強度1cd（坎德拉）代表發(fā)光體發(fā)出的電磁波頻率為540×1012

Hz

的單色輻射（波長為555nm），且在此方向上的輻射強度為（1/683）W/sr。光通量：光通量dΦv的單位為流明（lm）1lm

表示在某一方向上的發(fā)光強度為1cd的發(fā)光體在單位立體角內的通光量，即：

1坎德拉等于光源在1個立體弧度內產生1流明的光通量。光照度光源發(fā)光投射到某一表面時，表面被照亮，被照亮的亮暗程度用光照度度量。單位為勒克斯（lx）。1lx等于

1m2

面積上接收

1lm

的光能量：光照度Ev指單位受照面積內所接受的光通量：

光照度點光源的照度：設點光源S，其發(fā)光強度為Iv，在距離光源

r

處有一面積dA，其法線與照明方向成θ角，那點光源S在dA面上的光照度為：

光照度面光源的照度：面光源發(fā)光面積為dS，在距離r的dA面上的照度：

光亮度前面所講的概念并不能表示發(fā)光面不同方向的發(fā)光特性。用光亮度來表示發(fā)光表面不同位置和不同方向的發(fā)光特性。在該方向上單位投影面積的發(fā)光強度。光亮度L

表示發(fā)光面上A點處在AO方向上的發(fā)光特性。光亮度等于發(fā)光表面上某點周圍的微面在給定方向上的發(fā)光強度除以該微面在垂直于給定方向的投影面積。