照明系统的光学设计电气工程与自动化学院3.辐射度学、光度学基础照明系统的光学设计3.辐射度学、光度学基础3.1引言3.2立体角定义3.3辐射度学中的基本量3.4人眼的视见函数3.5光度学中的基本量3.6光照度公式与朗伯余弦定律照明系统的光学设计33.1光谱分布：0.1nm—1mm可见光谱范围：380-770nm(1nm=10-9m=10-6mm)光的波长：照明系统的光学设计43.1可见光谱范围：380-770nm紫蓝青绿黄橙赤(红)420470510580620700照明系统的光学设计53.1辐射度学、光度学的发展1.辐射度学、光度学的研究始于18世纪。2.1760年Lamber提出了光度学的基本定律，如照明可加性定律，照度的平方反比定律，余弦定律等。3.辐射度学、光度学、色度学（简称三度学）的发展与照明光源的发展密切相关。4.近年来，以LED为代表的新光源开发利用，使得三度学得到了迅速的发展。照明系统的光学设计63.2立体角1.平面几何中，整个平面以一点为中心分为360°或2π弧度。2.发光体都是在一定空间内辐射能量。3.以空间某一点为中心，划分为若干立体角。4.立体角定义：任意形状的封闭锥面所包含的空间称为立体角，用Ω表示。照明系统的光学设计73.2立体角5.平面角计算公式：弧度=弧长/半径6.立体角计算公式：封闭锥面在球面上截处的面积A除以半径平方。7.立体角单位：球面度(sr)8.整个球面面积为4πr2，则整个空间对应立体角为4π球面度。整个空间也被称为4π空间。A=r283.2立体角—习题地球半径为6.371×106m，太阳到地球平均距离为1.496×1011m，求地球对太阳的立体角。dAR2答案：d地球ll22照明系统的光学设计93.2立体角—习题一圆锥面的半顶角dα为α，求该圆锥面α所包含立体角大小。r103.2立体角—习题答：以圆锥面半径r为半径做一圆球，在圆球取一个dα对应的环带，则环带的宽度为rdα，环带半径为rsinα，则环带总面积为：dSrd2rsin2r2sinddα对应立体角为：dSαd2sind2dcosr2将上式积分得：r2dcos21cos4sin202当较小时，用代替sin，得222113.3辐射度学1.辐射度学(Radiometry)是一门研究电磁辐射能测量的科学。2.辐射度学适用于整个电磁波谱，主要用于X光、紫外光、红外光以及其它非可见的电磁辐射。研究范围包括辐射能的基本概念、辐射能的传输、变换以及仪器的辐射度学校准或标定。3.辐射度学量表示辐射能的大小，基本量是辐射功率或辐射通量，单位是瓦特(W)。照明系统的光学设计12辐射通量(radiationflux)Φe定义：单位时间内的辐射能量，表征辐射体辐射能力的强弱，也称辐射功率。例：太阳对地面辐射。符号：Φe单位：瓦[特](W)照明系统的光学设计13辐射强度Ie用来表示辐射体在不同方向上的辐射分布。定义：点辐射源在某一方向微元立体角d内发出的辐通量为dΦe，则辐射强度Ie为：deIe单位：瓦每球面度(W/sr)d照明系统的光学设计14辐射照度Ee如果某一表面被其它辐射源照射，为了表示A点附近被照射的强弱，在A点周围取微小面元dS，若其接受的辐射通量为dΦe，de则A点辐照度为：EdΦedAAdS单位为瓦每平方米(W/m2)。照明系统的光学设计15辐射度学中的基本量辐射通量辐射强度辐射照度符号ΦeIeEe单位WW/srW/m2照明系统的光学设计163.4人眼的视见函数(Visibilityfunction)1.人眼对不同波长光辐射的敏感程度是否相同？2.光辐射引起人眼视觉刺激的强弱，不仅与辐射强度大小有关，还与辐射的波长有关。3.可见光范围内，人眼对不同波长光的视觉敏感度不同。4.对黄绿光(555nm)最敏感，对红光和紫光最差，对可见光以外的红外紫外光无视觉反映。照明系统的光学设计173.4人眼的视见函数(Visibilityfunction)5.为了表示人眼对不同波长光辐射敏感度的差别，定义了“视见函数”V(λ)。6.把波长555nm视见函数定义为1，即V(555)=1。7.国际照明委员会(CIE)在大量测量基础上，规定了视见