§1.21光度学和辐射度学基础 光学辐射是指波长为1纳米到1毫米范围的电磁辐射它 包括真空紫外辐射、紫外辐射、可见辐射和红外辐射等 部分。辐射度学就是对光学辐射进行定量评价的一门实 验科学。可见辐射作用于人眼所引起的“光”感觉,是第 种生理效应,它与辐射的组成、强弱及人的视觉器官 的生理特性和人的心理活动都有关系;光度学就是根据章 人类视觉器官的生理特性和某些约定的规范来评价辐射 所产生的视觉效应。 回 辐射度学起源于物理学上对物体热辐射特性的研究。 光电信 随着光学辐射在工业、农业、军事和科学研究等方面的息 应用日益广泛,辐射测量的重要性也与日俱增。使光度技 回 技术从以目视法占统治的状态,逐渐过渡到使用各种光术 了 电和热电接收器的物理方法,大大改善了测量精度和提物 高了工作效率。另一方面,在辐射度技术中,也借用了理 与录 光度学的表达方法来描述辐射源和辐照场的各种辐射度基 特性,而建立起与光度学相似的理论体系。这两门学科础 之间建立了紧密的联系
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 1 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 光学辐射是指波长为1纳米到1毫米范围的电磁辐射,它 包括真空紫外辐射、紫外辐射、可见辐射和红外辐射等 部分。辐射度学就是对光学辐射进行定量评价的一门实 验科学。可见辐射作用于人眼所引起的“光”感觉，是 一种生理效应，它与辐射的组成、强弱及人的视觉器官 的生理特性和人的心理活动都有关系；光度学就是根据 人类视觉器官的生理特性和某些约定的规范来评价辐射 所产生的视觉效应。 辐射度学起源于物理学上对物体热辐射特性的研究。 随着光学辐射在工业、农业、军事和科学研究等方面的 应用日益广泛，辐射测量的重要性也与日俱增。使光度 技术从以目视法占统治的状态，逐渐过渡到使用各种光 电和热电接收器的物理方法，大大改善了测量精度和提 高了工作效率。另一方面，在辐射度技术中，也借用了 光度学的表达方法来描述辐射源和辐照场的各种辐射度 特性，而建立起与光度学相似的理论体系。这两门学科 之间建立了紧密的联系
§1.21光度学和辐射度学基础 基本概念 在光度学和辐射度学中,测量对象都是光学辐射,仅仅是所 依据的评价标准不同。常用的光度量和辐射度量如表 光 名称符弩 定义 位‖名称符号·定义 位 辐射功率ψP以辐射的形式发 光通量4根据辐射作用于人流明 辍射通量 射、传播接收的 所产生的视觉效 功率 应来评价的辐射功 回 摄射强度ld4d 瓦/球面度发光義度T=4n/dQ 水德拉 (点辐射 d为包含4的 点光源 d为包含4的 源在给定 立体角元 在给定方 立体角元 方向的 向的 额封亮度L4→d5a,(面度米‖光舞4 光亮度 扩德拉米 〔辐射 dI.cosg 回 表画点 dS为发出辐射的 面一点在 dS为发光面元0 在给定方 面元,为dS法线 给定方向 为面元法与给定 向的) 与给定方向间的夹 方向闻的夹角 了 第一章光电信息技术物理基础 辐射出射M。Ma=4ds, 瓦/米 光出射度MMv=44/ls, 流明/米 与录 度 dS为离开处的 dS为v离开处 的面元 辐射照度BB=4/dS 瓦/屎米 光照度Ey·E“4/4S, 流明米 dS为“所照射 dS为d4所照射的勘克斯 的配元 注:在不会引起混滑的情况下各种符号的下标。和“可以省去。 2
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 2 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 一、基本概念 在光度学和辐射度学中，测量对象都是光学辐射，仅仅是所 依据的评价标准不同。常用的光度量和辐射度量如表
§1.21光度学和辐射度学基础 对于具有连续光谱的辐射,某种辐射度量X(如辐射强 度、辐射亮度等)的光谱密集度定义为:在包含给定波 长λ的无限小波长间隔内,相应的辐射度量与该波长间隔 之商,x=dx/d。辐射度量的光谱密集度与波长的函第 数关系叫做该辐射度量的光谱分布。对于光度量也可给章 出类似的定义。光度量和辐射度量之间的关系可以表示光 为 Xv=Km∫XeAV(d Xv= Km JXeav'(ndλ 电信息技 式中X和X分别为与X相对应的明视觉光度量和暗视觉术 光度量,Km=683流明/瓦,Km170流明/瓦,分别物 为明视觉和暗视觉的最大光谱光视效能 与录 理基础
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 3 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 对于具有连续光谱的辐射，某种辐射度量Χe（如辐射强 度、辐射亮度等）的光谱密集度定义为：在包含给定波 长λ的无限小波长间隔内，相应的辐射度量与该波长间隔 之商，Χe,λ= dΧe /dλ。辐射度量的光谱密集度与波长的函 数关系叫做该辐射度量的光谱分布。对于光度量也可给 出类似的定义。光度量和辐射度量之间的关系可以表示 为： ΧV = K m ∫Χe,λV(λ)dλ Χ’ V = K’ m ∫Χe,λV’(λ)dλ 式中ΧV和Χ’ V分别为与Χe,相对应的明视觉光度量和暗视觉 光度量，K m ＝683流明／瓦，K’ m≈1700流明／瓦，分别 为明视觉和暗视觉的最大光谱光视效能
§1.21光度学和辐射度学基础 、基本原理 光度学和辐射度学的研究对象主要是非相干光学辐射, 并且认为辐射的传播服从几何光学定律。 1、距离平方反比法则和照度的余弦法则: 点辐射(光源在处于某方向的面元上建立的照度与点源第 朝该方向的辐射(发光)强度成正比,与点源和面元之章 间距离d的平方成反比,与面元法线和入射光线夹角的余 弦成正比(见图121-2), 回 E= cose/d 点射〔光 回 了 光电信息技术物理基础 与录 图121-2距离平方反比法则和照度的余弦法则 4
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 4 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 二、基本原理 光度学和辐射度学的研究对象主要是非相干光学辐射， 并且认为辐射的传播服从几何光学定律。 1、距离平方反比法则和照度的余弦法则： 点辐射(光)源在处于某方向的面元上建立的照度与点源 朝该方向的辐射（发光）强度I成正比，与点源和面元之 间距离d的平方成反比，与面元法线和入射光线夹角的余 弦成正比（见图1.2.1-2）， E = cosθ/d2 。 图1.2.1-2 距离平方反比法则和照度的余弦法则
§1.21光度学和辐射度学基础 2、叠加原理: 若干辐射(光)源在一面元上建立的照度等于第 浮各辐射(光)源单独建立的照度之和。 3、均匀漫射面及其特性: 回 均匀漫射面(包括漫反射、漫透射及自身发光 产的漫射面)在任何方向都具有相等的度,因而 在与面的法线成角的方向上的辐射强度或发光 回 强度l6= lo cos0,b为漫射面在法线方向的辐射强 了 度或发光强度。 章光电信息技术物理基础 与录
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 5 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 2、叠加原理： 若干辐射（光）源在一面元上建立的照度等于 各辐射（光）源单独建立的照度之和。 3、均匀漫射面及其特性： 均匀漫射面（包括漫反射、漫透射及自身发光 的漫射面）在任何方向都具有相等的亮度，因而 在与面的法线成θ角的方向上的辐射强度或发光 强度Iθ = I0 cosθ，I0为漫射面在法线方向的辐射强 度或发光强度
§1.21光度学和辐射度学基础 三、标准与测量 1、辐射度标准与辐射测量 辐射度的原始标准有两种类型:标准辐射源和绝对辐射 计。前者主要是工作在不同温度下的黑体炉。根据斯忒藩第 玻耳兹曼定律,黑体的辐射亮度 章 Le=oT/π 光 一0=5.67032×108W/(m2K4叫斯忒藩玻耳兹曼常数,T为电 黑体的绝对温度。因此只要测得T,就能算得L。对于实信 际的人工黑体还必须根据黑体的腔型、尺寸和所用材料的息 网发射率确定黑体的发射率即黑度系数)eL才为人工黑体术 结的辐射亮度。在黑体前面加光阑即可作为标定辐射计的标物 准。辐射计入射光阑面上的辐射照度为 与录 基 Ee=EoT4r1 2g/d2 础 g为几何因子由d、r和r2确定见图121-3)
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 6 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 三、标准与测量 1、辐射度标准与辐射测量 辐射度的原始标准有两种类型：标准辐射源和绝对辐射 计。前者主要是工作在不同温度下的黑体炉。根据斯忒藩 －玻耳兹曼定律，黑体的辐射亮度 Le = σT4/π σ= 5.67032×10-8 W/(m2 ·K4叫斯忒藩-玻耳兹曼常数，T为 黑体的绝对温度。因此只要测得T，就能算得Le 。对于实 际的人工黑体,还必须根据黑体的腔型、尺寸和所用材料的 发射率确定黑体的发射率(即黑度系数)ε,εLe才为人工黑体 的辐射亮度。在黑体前面加光阑即可作为标定辐射计的标 准 。辐射计入射光阑面上的辐射照度为 Ee =εσT4 r1 2 g/d2 g为几何因子,由d、r1和r2确定(见图1.2.1-3)
§1.2.1光度学和辐射度学基础 光闻(开口半径为r 入射光圳 (开口半径为r2 第 照体炉 d 章 图121-3人工黑体标定辐射计示意图 光 电 信 一根据普朗克定律,可以算出黑体辐射亮度的光谱密度息 a=Ect1-[exp(c2/T)-1 技 回 式中和a分别是第一和第二普朗克辐射常数。因而黑术 体可作为光谱辐射亮度标准,通过光谱测量系统标定 物 理 后标准灯的光谱辐射亮度作为次级标准(见图121-4) 基 础 。为了消除光路不对称的影响,必须使用比较灯。 7
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 7 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 图1.2.1-3人工黑体标定辐射计示意图 根据普朗克定律，可以算出黑体辐射亮度的光谱密度 Le,λ=εc1π -1λ -5 [exp(c2 /λT)-1] 式中c1和c2分别是第一和第二普朗克辐射常数。因而黑 体可作为光谱辐射亮度标准，通过光谱测量系统标定 标准灯的光谱辐射亮度作为次级标准（见图1.2.1-4） 。为了消除光路不对称的影响，必须使用比较灯
§1.21光度学和辐射度学基础 芒 第 网面反 章 光 色锭 测系 回 电 图1214黑体炉标定光谱辐射亮度标准灯示意图 信 息 回 在黑体前面适当位置加一开口面积已知的光阑,就可计技 算一定距离处的漫射板上辐射照度的光谱密集度值。通术 了 过光谱测量系统,可以作为光谱辐射照度标准标定光谱物 理 与录 辐射照度标准灯在漫射板上产生的辐射照度的光谱密度基 值作为次级标准(见图1215)。在这种测量光路中, 础 不用任何成像系统而在光谱辐射亮度的测量光路中,必须 使用成像系统这是两者不同之处
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 8 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 在黑体前面适当位置加一开口面积已知的光阑，就可计 算一定距离处的漫射板上辐射照度的光谱密集度值。通 过光谱测量系统，可以作为光谱辐射照度标准标定光谱 辐射照度标准灯在漫射板上产生的辐射照度的光谱密度 值,作为次级标准（见图1.2.1-5）。在这种测量光路中， 不用任何成像系统;而在光谱辐射亮度的测量光路中,必须 使用成像系统,这是两者不同之处。 图1.2.1-4黑体炉标定光谱辐射亮度标准灯示意图
§1.21光度学和辐射度学基础 光 可转动 黑体炉 平面反射键 比较灯 光谱辐 射撇度 标准灯 单色仪 漫反射板 测量系统 回 图1215黑体炉标定光谱辐射照度标准灯示意图 定温度的黑体仅在有限的波长范围才能发出足够强 的辐射。因此,为要建立不同波长范围的积分辐射度 了 标准和光谱辐射度标准,就需要有不同温度的黑体炉 第一章光电信息技术物理基础 在目前技术条件下,由高温黑体炉所建立的光谱辐射 后度标准在短波方向只能达到250纳米。近十几年来发 展了同步加速器辐射技术,可以作为从软x射线、真 空紫外辐射、紫外辐射、可见辐射、一直到近红外辐 射的原始标准
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 9 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 图1.2.1-5黑体炉标定光谱辐射照度标准灯示意图 一定温度的黑体仅在有限的波长范围才能发出足够强 的辐射。因此，为要建立不同波长范围的积分辐射度 标准和光谱辐射度标准，就需要有不同温度的黑体炉。 在目前技术条件下，由高温黑体炉所建立的光谱辐射 度标准在短波方向只能达到250纳米。近十几年来,发 展了同步加速器辐射技术，可以作为从软X 射线、真 空紫外辐射、紫外辐射、可见辐射、一直到近红外辐 射的原始标准
§1.21光度学和辐射度学基础 各种电校准绝对辐射计能测量辐射束的功率值,也是 种重要的辐射度原始标准。其基本原理如图121-6所示 被测射 接收面吸收入 射辐射,并把 它转化成热能 ,使吸收体温 接收面,上 涂属色涂料 度升高而引起 回 电嗤加热纸 某种物理效应 底 (如温差电动 焦电堆 势)。然后遮 回 断辐射,向附 着在吸收体上 了 的加热丝通电 第一章光电信息技术物理基础 与录 流,使吸收体 图121-6吉勒姆( Gilham)型 受热升温引起 绝对辐射计原理图 同等的物理效 应 10
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 10 光 学 基 础 §1.2.1 光度学和辐射度学基础 回目录 各种电校准绝对辐射计能测量辐射束的功率值，也是一 种重要的辐射度原始标准。其基本原理如图1.2.1-6 所示， 接 收 面 吸 收 入 射辐射 ， 并 把 它 转 化 成 热 能 ， 使 吸 收 体 温 度 升 高 而 引 起 某 种 物 理 效 应 （ 如 温 差 电 动 势 ） 。 然 后 遮 断辐射 ， 向 附 着 在 吸 收 体 上 的 加 热 丝 通 电 流 ， 使 吸 收 体 受 热 升 温 引 起 同 等 的 物 理 效 应。 图1.2.1-6 吉勒姆(Gilham)型 绝对辐射计原理图