工程光学第六.ppt

第六章 辐射度学和光度学基础辐射度学：物理现象光度学：视觉问题 第一节、立体角的意义及其在光度学中的应用 定义：一个任意形状的封闭锥面内所包含的空间称为立体角。 单位：球面度（Sr） 重要结论：假定一个圆锥面的半顶角为α，则该圆锥面所包含的立体角的大小为推论：假定离A点 l处有一个微面ds，ds的法线ON与AO的夹角为α，那么微面对A点所张立体角为 例一、流式细胞光度计原来用数值孔径NA＝0.25的显微物镜，为了增加进入测试系统的光能量，改用NA＝0.5的显微物镜，试分别求前后两种显微物镜入设光锥对应的立体角。 第二节、辐射度学基本量（辐射量） 1、辐射能单位：J 2、辐射通量单位：W 3、辐射强度单位 4、辐射出射度单位： 5、辐射照度单位： 6、辐射亮度单位： 辐射强度：单位立体角内辐射通量的大小。表征辐射体在不同方向上的辐射特性 辐射出射度：单位面积辐射通量的大小表征辐射体表面不同位置的辐射特性 辐射照度：单位面积接收辐射通量的大小表征辐射体表面不同位置的接收辐射特性 辐射亮度：单位面积单位立体角内的辐射通量表征了辐射体表面不同位置不同方向上的辐射特性 第三节 人眼的视见函数 光度学中为了表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别，定义一个函数，称为视见函数。 对人眼最灵敏的波长λ＝555nm的视见函数规定为1，即V（555）＝1。 假定人眼同时观察两个位在相同距离上的辐射体A和B，这两个辐射体在观察方向上的辐射强度相等，A辐射的电磁波波长为λ，B辐射的波长为555nm，人眼对A的视觉强度与人眼对B的视觉强度之比，作为λ波长的视见函数V(λ) 第四节 光度学中的基本量 1、光通量：Φ可见光对人眼的视觉刺激程度单位：lm2、光强度：单位：cd 3、光出射度 4、光照度 5、光亮度 光通量：就是按人眼的视觉强度来度量的辐射通量。根据定义，人眼产生的视觉强度与辐射通量和视见函数V(λ)成正比。单位：流明（lm）C为单位换算常数 光强度：我们把人眼接收到的光通量dΦ与辐射体对人眼所张的立体角d?之比称为光强度光强度表示在指定方向上的光源发光的强弱。 坎（德拉）：光强度的单位为光度学中最基本的单位 定义：如果发光体发出的电磁波频率540×1012Hz的单色辐射（λ＝555nm），且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr。则该发光体在该方向上的发光强度为1cd（坎德拉） C：单位换算常数 式中：V（555）＝1，Ie=(1/683)W/sr，I＝1cd 所以： C=683(cd·sr)/W1lm=1cd·sr 光谱光视效能：表征了波长λ的辐射通量对眼睛产生光通量的能力 辐射通量与光通量的关系：光视效能：单位为：lm/W 表示辐射体消耗1W功率所发出的流明数 例1：一个功率为60W的钨丝充气灯泡，假定它在各个方向上均匀发光，求它的发光强度。 解：根据上表，钨丝灯泡的光视效能为9.2-21lm/W,假定取它的平均值等于15lm/W，则该灯泡的总光通量为由于假定光源向各个方向均匀发光，根据发光强度的定义： 例2、已知光源同时辐射两种光源的光，第一种波长为λ1＝480nm，辐射通量30W，第二种波长为λ2＝580nm，辐射通量20W 试求： ①λ1 和λ2的光谱光视效能及光通量②该光源的光视效能 例3、射入屏幕的光为波长为600nm的红光，其光通量为1000lm 试求：①λ＝600nm的光谱光视效能②屏幕在一分钟内接收的辐射能量 光出射度（单位：lx）：表征发光表面单位面积发出的光通量 光照度（单位lx）：表示被照明表面单位面积上接收的光通量。 例4：（书P109）利用下图所示照明器，在15m远的地方照明直径为2.5m的圆，要求达到平均照度为50lx，聚光镜的焦距为150mm，通光直径为150mm。试求灯泡的发光强度和灯泡通过聚光镜成像后在照明范围内的平均发光强度，以及灯泡的功率和位置。 光亮度：表示发光表面不同位置不同方向的发光特性 例5：有一均匀磨沙球形灯，它的直径为Φ17cm，光通量为200lm，求该球形灯的光亮度 解： 第五节 光照度公式和发光强度余弦定律 一、光照度公式被照明物体表面的光照度和光源在照明方向上的发光强度I及被照明表面的倾斜角α的余弦成正比与距离的平方成反比 二、发光强度余弦定律表示发光体在各方向上亮度相同时，不同方向上的发光强度变化规律。 假定发光面光亮度为L，则它在半顶角u内辐射的总光通量为若发光面单面发光则： 若发光面双面发光则： 例1、直径Φ20mm的标准白板，在与板面法线方向成30o方向测得的发光强度为1cd，求：1、标准白板在与法线成60°方向上的发光强度2、白板的光亮度3、白板在半顶角u＝15°的圆锥内辐射的光通量4、