光学里面经常会出现的这样的关于辐射量和光学量的问题,其实他们定义的都是一样的东西,特别是比如在做照明啊一些的问题中,最近在学习tracepro,然后就觉得辐射量和光学量是什么?。。。其实工程光学的书里面是有的。。。没好好学习啊   哈哈,于是就补起来吧,看下的。

§5.1 辐射量和光学量及其单位

  • 可见光是波长在3.8×10-7~7.8×10-7 米范围内的电磁辐射,描述电磁辐射的物理量,即辐射量,也可用来描述可见光;可见光是能对人的视觉形成刺激并能被人感受的电磁辐射,因而人们很自然地用视觉受到刺激的程度,即视觉感受来量度可见光。按这种视觉响应原则建立的表征可见光的量称作光学量。
  • 由此可见,可见光是可以用辐射量和光学量这两种量值系统来度量的。把可见光做为纯物理现像来研究时,应采用辐射量量值系统;而研究与人的视觉有关问题时,采用光学量量值系统可能更方便。

下面简要介绍各种辐射量和光学量及其单位,以及两种量值系统间的关系。

一、辐射量

1、辐射能

同其它电磁辐射一样,可见光辐射也是一种能量传播形式。以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量称做辐射能,通常用字符表示。度量辐射能的单位为焦[耳](J)。

2、辐通量

单位时间内发射、传输或接收的辐射能称之为辐通量,通常用字符表示。若在时间内发射、传输或接收的辐射能为,相应的辐通量

辐通量与功率有相同的单位,为瓦 [特] (W)。

3、辐出度Me

辐射源单位发射面积发出的辐通量,定义为辐射源的辐出度,以字符Me表示。假定辐射源的微面积dA发出的辐通量为,则辐出度 Me

辐出度的单位名称为瓦[特]每平方米(W/m2 )。

4、辐照度Ee

辐射照射面单位受照面积上接受的辐通量,定义为受照面的辐照度,以字符Ee表示。假定受照面的微面积dA上接受的辐通量为,则辐照度Ee

辐照度和辐出度有相同的单位,为瓦[特]每平方米(W/m2 )。

5、辐射强度Ie

点辐射源向各方向发出辐射,在某一方向,在元立体角内发出的辐通量为,则辐射强度Ie为

辐射强度的单位为瓦[特]每球面度(W/sr)。

6、辐亮度Le

为了表征具有有限尺寸辐射源辐通量的空间分布,采用“辐亮度”这样一个辐射量。元面积为dA的辐射面,在和表面法线N角方向,在元立体角内发出的辐通量为, 则辐亮度Le

根据定义可以认为,在方向的辐亮度Le 就是辐射面在垂直于方向上单位投影面积在单位立体角内发出的辐通量。辐亮度的单位名称是瓦[特]每球面度平方米[/(sr·m2)]。

上述的六种辐射量,对于所有的光辐射都是适用的,它们是纯物理量。对于可见光,人们常用光学量量值系统进行度量。

二、光学量

1、光通量

标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量称为光通量,通常以字符表示。光通量的单位为流[明](lm)。

2、光出射度Mv

光源单位发光面积发出的光通量,定义为光源的光出射度,以字符Mv表示。假定光源的微发光面积dA发出的光通量为,则光出射度 Mv可表示为

光出射度的单位为流[明]每平方米(lm/m2)。

3、光照度Ev

单位受照面积接受的光通量,定义为光照面的光照度,通常用字符Ev表示。假定光照面微面积dA上接受的光通量为,则该微面上的光照度Ev可用下式表示

光照度的单位名称是勒[克斯](lx)。 1 lx=1 lm/m2 。

4、发光强度Iv

点光源向各方向发出可见光,在某一方向,在元立体角内发出的光通量为,则点光源在该方向上的发光强度Iv

表明,点光源的发光强度等于点源在单位立体角内发出的光通量。

发光强度的单位为坎[德拉](cd)。1979年第十六届国际计量大会对发光强度的单位坎德拉作了明确的规定:“一个光源发出频率为540×1012HZ (赫兹)的单色光,在一定方向的辐射强度为1/683 W/sr,则此光源在该方向上的发光强度为1坎德拉”。

发光强度是光学基本量,是国际单位制中七个基本量之一。从发光强度的单位坎德拉可以导出光通量的单位流明:发光强度为1坎德拉的匀强点光源,在单位立体角内发出的光通量为1流明。

5、光亮度Lv

为了描述具有有限尺寸的发光体发出的可见光在空间分布的情况,采用了光亮度Lv这样一个光学量。发光面的元面积dA,在和发光表面法线N角的方向,在元立体角内发出的光通量为,则光亮度Lv

,它相当于发光面在方向的发光强度,故式可写成

上式表明,元发光面dA方向的光亮度Lv 等于元面积dA方向的发光强Iv 与该面元面积在垂直于该方向平面上的投影之比。

如果把图5-1中的字符改为 ,该图也能表示出光亮度定义中各要素的含义。

光亮度的单位是坎[德拉]每平方米(cd/m2 )。

给出了常见发光表面的光亮度值

表面名称

光亮度(cd/m2)

表面名称

光亮度(cd/m2)

在地面上看到太阳表面

(1.5~2.0)×109

仪用钨丝灯

6伏汽车头灯

1×107

1×107

日光下的白纸

2.5×104

放映灯

2×107

白天晴朗的天空

3×103

卤钨灯

3×107

在地面上看到的月亮的表面

(3~5)×103

碳弧灯

超高压球形汞灯

1.5×108 ~1×109

1×108 ~ 2×109

月光下的白纸

3×102

超高压毛细管汞灯

2×107 ~1×109

蜡烛的火焰

(5~6)×103

50瓦白炽钨丝灯

4.5×106

100瓦白炽钨丝灯

6×106

三、光学量和辐射量间的关系

1、光谱光效率函数

就 其实质而言,人眼就是一种可见光探测器,其输入为用辐射量度量的可见光辐射,而输出为用光学量表示的光感受。所以,光学量和辐射量间的关系决定于人的视觉 特性。实验表明,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有所不同,这表明人的视觉对不同 波长光有不同的灵敏度。人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数,称之为光谱光效率函数。

实验表明,观察场明暗不同时,光谱光效率函数亦稍有不同。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效率函数:明视觉光谱光效率函数V(λ)和暗视觉光 谱光效率函数。图5-2给出了V(λ)和的函数曲线,图中的函数值已归一化。可以看到V(λ)和二者峰值所对应波长有所不同。V(λ)的峰值在处;而的峰值是在处。

2、光学量和辐射量间的关系

在波长附近的小波长间隔 内,光通量和 辐通量之间的关系可表示为

明视觉条件下

暗视觉条件下

其中,,为明视觉条件下波长单色光的绝对光谱光效率值;lm/W,为暗视觉条件下波长=5.07×10-7m、V’()=1单色光的绝对光谱光效率值。

对于整个可见辐射范围内的总光通量,可由在整个可见光谱范围内积求得

明视觉

暗视觉