光度学基础

1第5章光度学基础•§5-1辐射量和光学量及其单位•§5-2光传播过程中光学量的变化规律•§5-3成像系统像面的光照度2第五章光度学基础一、辐射量1、辐射能Qe以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量。焦[耳]（J）2、辐[射能]通量Fe单位时间内发射、传输或接收的辐射能。瓦[特]（W）§5-1辐射量和光学量及其单位dtdQeeF光度学基础33、辐[射]出[射]度Me辐射源单位发射面积发出的辐通量——辐射源的辐出度（W/m2）dAdMeeF4、辐射照度Ee辐射照射面单位受照面积上接收的辐通量——受照面的辐照度。（W/m2）dAdeeFE光度学基础45、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d内发出的辐通量为dFe，则Ie为：FddIee光度学基础（W/sr）56、辐[射]亮度Le元面积为dA的辐射面，在和表面法线N成q角方向，在元立体角d内发出的辐通量为dFe，则辐亮度Le为：FddAdeeqcosL（W/sr·m2）6二、光学量1、光通量Fv流[明]（lm）标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。2、光出射度Mv流[明]每平方米（lm/m2）光源单位发光面积发出的光通量——光源的光出射度dAdMvvF3、光照度Ev勒[克斯]（lx）1lx＝1lm/m2单位受照面积接受的光通量——光照面的光照度。dAdEvvF光度学基础74、发光强度Iv坎[德拉]（cd）点辐射源向各方向发出可见光，在某一方向，在元立体角d内发出的光通量为dFv，则点光源在该方向上的发光强度Iv为：FddIvvdAIddAdvvvFqqcoscosL5、光亮度Lv坎[德拉]每平方米（cd/m2）单位受照面积接受的光通量——光照面的光照度。光度学基础8三、光学量和辐射量之间的关系（一）光谱光效率函数人眼——可见光探测器输入：辐射量度量的可见光辐射输出：光学量表示的光感受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——光谱光效率函数V(l)：明视觉555nmV’(l)：暗视觉507nm光度学基础380500555780V(λ)λ(nm)明亮黑暗黄绿兰青红1人眼的光谱响应特征V(l)V’(l)9（二）光学量和辐射量之间的关系dl内：明视觉：dFv(l)=KmV(l)Fe(l)dl暗视觉：dFv(l)=K’mV(l)Fe(l)dl整个可见范围内：明视觉：暗视觉：光度学基础780380emvd)()(VKllFlF780380e'vd)()('VKmllFlF10一、点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度§5-2光传播过程中光学量的变化规律dqdAcosqdArSFFddIdAdE22rAdcosIdrAdcosdqFqqcosrIE2点光源在被照表面上形成的照度与被照面到光源距离的平方成反比——照度平方反比定律。光度学基础结论11二、面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度221SrcoscosdALEqq光度学基础q1q2dAdAsrN2N112三、单一介质元光管内光亮度的传递光度学基础q1q2dA2dA1rd2d1N1N221212112222222222211111111LLddrcosdAdAcosLddAcosLdrcosdAdAcosLddAcosLdFFqqqFqqqF光在元光管内传播，光束亮度不变结论13光度学基础四、光束经界面反射和折射后的亮度dAdicosLdFdA'd'icos'L'ddAdicosLd1111FF反射折射LLddLLdAdicosLdAdicosLdd1111111FFFF透明介质的界面反射比很小，所以反射光束的亮度很低。对反射光束：结论14光度学基础FFFFFFFFFd)1(dd'dd'dddAdicosLdA'd'icos'Ld'd11：即能量守恒：对折射光束：nsini=n’sini’两边微分ddiicosisind'di'icos'isin'nn22222222nL'n'L0n'nL)1('L'Lnn'L1时，即15五、余弦辐射体光度学基础qINIqdAqINIqdA漫反射光入射光漫反射面(硫酸钡)qINIqdA入射光漫透射光乳白玻璃常数dAIdAcoscosIdAcosILcosIINNNqqqqqqq余弦辐射体在各方向的光亮度相同。1、自发光面：绝对黑体平面灯丝钨灯2、投射或反射体：漫投射体、漫反射体16§5－3成像系统像面的光照度光度学基础一、轴上像点的光照度UsindAL'Usin'dAL''UsindAL222FFF＝＝＝UsinLnn'UsinL1Usin'dAdAL'dA''E222222F＝＝)'Usinn'Usinnyy'1'dAdA(2＝＝成像光学系统17光度学基础二、轴外像点的光照度'M222'MUsinLnn'ED’M’A’像面出瞳l0’w’U’w’'cos'Usinl2'cos'D'costgUUsin2'02'cosl2'D'M'M'0＝当UM’较小时：'cosE'cos'UsinLnn'E4'04222'Mww轴外像点的光照度随视场角w’增大而降低。表明w’0100200300400500600EM’/E0’10.9410.7800.5630.3440.1710.06318光度学基础三、光通过光学系统时的能量损失1、透射界面的反射损失FF'＝透射比：此时，反射光能损失和界面两边介质的折射率有关。两边折射率相差越大，反射损失越大。n=1.5,=0.04n=1.6,=0.05双胶合：=0此外，反射光除造成光能损失，还在像面上形成杂散光背景，降低像的对比度。2n'nn'n＝当光垂直入射或入射角很小时，反射比：)'ii(tg)'ii(tg)'ii(sin)'ii(sin212222＝19光度学基础2、光学材料对光能的吸收造成的损失3、反射界面的透射和吸收造成的损失0011FFFF）＝（＝光通量损失：反射比：镀银反射面：≈0.95镀铝反射面：≈0.85棱镜全反射面：≈1