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第六章 光度学基础6.1 光能和光度学的基本概念6.2 光学系统中的光能损失分析与计算第六章 光度学基础6.1 光能和光度学的基本概念6.2 光学系统中的光能损失分析与计算光源能发光(产生光辐射)的物体称为光源自然光源（太阳、萤火虫、火焰 ...）人造光源 热光源：蜡烛、白炽灯、卤钨灯等由于热效应产生光辐射的光源 冷光源：LED、激光器等几乎不产生红外辐射的发光光源 点光源与面光源 点光源：理想化的模型，光源的尺寸被照明物体的尺寸(一定的光源与物体的距离下） 面光源：具有一定几何尺寸的光源 实际应用中的光源多为面光源立体角立体角：用于描述辐射能向空间辐射、传输或被某一接收器表面接收时的发散或汇聚的角度称任意一个封闭锥面所包围的空间部分为锥面顶点处的立体角Ω ，元立体角为dΩ围绕球心的整个空间的立体角sr:单位立体角，立体弧度，球面度平面角与立体角的关系若孔径角为U，其对应的立体角为公式表明，立体角近似地与孔径角U的平方成正比。因此，当增大孔径角U时，可使进入系统的光能按平方关系增加。点光源发出的光进入聚光镜(NA = sinU)中的光能利用率2、辐射通量 ?e（辐射功率） 定义以辐射的形式发射、传播和接收的功率为辐射通量，以符号 ?e表示，单位:瓦特(W) 辐射能与辐射能通量(辐通量)1、辐射能 Qe定义以辐射的形式发射、传播或接收的能量为“辐射能”，以Qe表示，其单位是焦耳，以J 表示。物理意义：单位时间内通过某一面积的全部辐射能量。在Δt内，辐射能通量?e的时间积分即为辐射能:光谱辐［射能］通量辐射体所发出的辐射中含有各种波长，各种波长具有不同的能量。将Δ?(λ)与波长Δλ之比的极限值定义为辐射通量的谱密度，即：波长λ处的“光谱辐［射能］通量”（或称“辐通量的光谱密度”“光通量作为波长函数，随着波长的分布”）。?λ也就是电磁辐射能通量的电磁波长分布函数，上式也可表示为光谱辐［射能］通量对于连续的光谱，从λ1到λ2的波长范围内，总的辐射通量?e应该等于所有组成波长的辐射通量谱密度的总和，即在整个波长范围内从0到+∞积分，则总的辐射通量?e可以表示为辐射通量代表的是整个光源在单位时间内辐射的总能量的多少。对于相等的辐射通量，波长不同人眼的感觉也不同。因此，需要针对人眼对不同波长光的响应度定义一个函数，从而研究相关物理量。光谱光视效率人眼对不同波长光有不同的灵敏度，其视觉特性取决于光学量和辐射量的关系。具有相同辐通量而波长不同的可见光分别作用于人眼,人所感受的明亮程度将不同。人的视觉对不同波长光有不同的灵敏度，需对大量正常眼实测并进行统计。人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数，称之为 “光谱光视效率”V(λ)（视见函数--统计结果） 。人眼是一种可见光探测器人眼的光感受(用光学量度量) 可见光辐射(用辐射量度量)光谱光视效率V(λ)—明视觉与暗视觉实验表明，观察场明暗不同，光谱光视效率函数稍有不同。 国际照明委员会（CIE）根据多组测试实验结果，分别于1924年和1951年确定并正式推荐两种光谱光视效率函数：明视觉光谱光视效率函数和暗视觉光谱光视效率函数（统计结果）。 明视峰值波长 555nm 锥形细胞暗视峰值波长 507nm 柱状细胞光谱光视效率(视见函数)“光谱光视效率”（视见函数）V(λ) 无量纲:Km是K (λ)的最大值，称为“最大光谱光视效能”,单位为流明/瓦(lm/W)。在波长为555nm处，Km=683lm/W考虑波长λ处、波长间隔为dλ的极窄波段内的单色光，应有光通量与辐射能通量之间的如下转换关系：光源的总辐射通量在人眼中所引起的总光通量发光效能：简称光源的“光效”光源发出的总光通量与其总辐射通量（消耗的总辐射功率）之比，称为发光效能或发光效率,简称光源的“光效”。η表示光源每瓦辐射能通量所能产生的光通量数(lm)由电能转换为光能的电光源，通常用测定光源发出的光通量与该光源所消耗的电功率之比的方法来求其ηv值。即有：例6-2已知某种He-Ne激光器的输出功率为4mW，请计算激光器发出的光通量为多少lm?查表可知：解：则光通量为发光强度 Iv定义：点光源在指定方向上单位立体角内所发出的光通量为该方向上的发光强度，单位：坎[德拉](cd)点光源在指定方向上、立体角dΩ内发出的光通量为d?v ，则点光源在该方向上的发光强度I为: 如果是各向均匀发光体，在三维空间内的总光通量为光照度 E当光通量到达某一表面时，该表面被照明的亮暗程度，可以用“光照度”（简称“照度”） E 来描述。光照度：单位投射面积上的光通量。如为非均匀照明：若为均匀照明：照度的单位是“勒［克斯］”，以符号表示为lx。定义:1(lm)光通量均匀地照射在1(m2)表面积上所产生的照度为1(lx)，即: 1(lx)=1(lm/m2)光照度E的实际计算点光源