工程光学 第05章解析.ppt

第五章 光度学基础 1.辐射量（适用所有光波） 2.光学量 3.光学量和辐射量之间的关系 （2）光学量和辐射量之间的关系 5.2光传播过程中光学量的变化规律 5.3辐射测温基本原理 * * 对一光学系统，它除了能形成与物体相似的像以外，还要求所成的像有相应的光度水准，以便能为光能接收器（如眼睛、照相机底片和光敏器件等）所感受。 本章就是对光学系统有关的光能问题作一简要介绍。 可见光可以用两种量值系统来度量： 辐射量—— 通过光波的电磁幅射来描述（纯物理）。 光学量—— 光波对人眼的刺激程度。 ① 辐射能Qe： 以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量称做辐射能。  单位：（J） ②辐[射能]通量φe： 单位时间内发射，传输或接收的辐射能称之为 辐通量（单位时间内通过某一面积的全部辐射能）。 ③ 辐[射]出[射]度Me： 辐射源单位发射面积发出的辐通量称为辐出度。 （W） （W/m2） ④ 辐[射]照度Ee： 辐射照射面单位受照面积上接受的辐通量。 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dΩ内发出的辐通量为dΦe，则辐射强度Ie为： ⑥ 辐[射]亮度Le： 为了表征具有有限尺寸辐射源辐通量的空间分布， 采用辐亮度这个定义。 （ W/sr ） （W/m2） 上述6种辐射量对所有光辐射都适用。 元面积为dA的辐射面，在和表面法线N成θ角方向，在元立体角dΩ内发出的辐通量为dΦe，则辐亮度Le为： （W/（sr?m2 ） ① 光通量Φv： 标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。  单位：（流[明] lm） ②光出射度Mv： 光源单位发光面积发出的光通量。 ③ 光照度Ev： 单位受照面积接受的光通量。 （lm/m2） 勒（克斯）lx，1lx=1lm/m2； ④ 发光强度Iv： 点光源向各方向发出可见光，在某一方向元立体角dΩ内发出的光通量为dΦv，则点光源在该方向上的发光强度Iv为： ⑤ 光亮度Lv： 发光面的元面积dA，在和发光表面法线N成θ角的 方向，在元立体角dΩ内发出的光通量为dΦv，则光亮度Lv为： （ cd/m2 ） （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”。 （1）光谱光效率函数 人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数，这称之为光谱光效率函数（即人眼对各种波长单色光的相对敏感度的数量描写，它表征人眼的光谱灵敏度）。 定义： 明视觉光谱光效率函数V(?)  峰值 ?= 5.55?10-7 m ? 暗视觉光谱光效率函数V ’(?) 峰值 ?= 5.07?10-7 m 分类： V(?) V ’(?) 在波长?附近的小波长d?内，光通量dΦv(?)和辐通量Φe(?)之间的关系是： Km=683 lm/W 为明视觉条件下波长 ?=5.55?10-7m、V(?)=1单色光的 绝对光谱光效率值； Km’=1755 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； ? 明视觉条件下： ? 暗视觉条件下： 对于整个可见光辐射范围内的总光通量φv： ? 明视觉条件下： ? 暗视觉条件下： 1.点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度 ? 代入上式，有 照度: 说明: 点光源在被照表面上形成的照度与被照面到光源距离 r 的平方成反比。这就是照度平方反比定律。 2.面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度 ? 代入上式，有 照度: 说明: 面光源在距离为r的表面上形成的光照度与光源的亮度L、面积dAs以及两个表面的法线分别r夹角的余弦成正比，与距离r的平方成反比。 3.单一介质元光管内光亮度的传递 元光管： 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间就是一个元光管。光在元光管内传播，不从侧壁溢出，即无光能损失。 通过1面的光通量： 通过2面的光通量(同理)： 3.单一介质元光管内光亮度的传递 所以有， 根据元光管的性质，有 说明： 光在元光管内传播，各截面上的光亮度相同。 或者说， 光在元光管内传播光束亮度不变。 推出： 4.光束经界面反射