[工学]应用光学 第六章 光能及其计算.ppt

第六章 光能及其计算 研究光学系统的辐射能量有两个方面需要关注： 辐射能的传播方向； 传播过程中辐射能的大小。 分两个出发点： 辐射度学：对电磁能进行计算、测量的研究 光度学：对可见光进行计算、测量的研究 第一节 辐射能通量和光通量 一、辐射度学 1、辐（射能）通量 辐通量 ：在单位时间内通过某一面积的辐射能量的大小称为辐射通量。单位是w（瓦）。用 表示。 2、辐[射]出[射]度 辐射源单位发射面积发出的辐通量，通常以 表示，单位为瓦特每平方米。 3、辐[射]照度 辐射照射面单位受照面积上接受的辐通量，以 表示。假定受照面的微面积 上接受的辐通量为 ，则辐照度为 The space contained in a closed conical surface(锥形面) of any shape is called the solid angle. 4、辐[射]强度 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 ，则辐强度为 辐射强度的单位为瓦特每球面度（W/sr）。 The unit of the solid angle We take the top of a cone as the center of a sphere and a radius of r to draw a sphere. If the conicoid cuts an area of on the sphere and the angle is a sterad(球面度) ( sr). 5、辐[射]亮度 元面积为 的辐射面，在和表面法线 成 角方向，在元立体角 内发出的辐通量为 ，则辐亮度为 单位是瓦特每球面度平方米 。 二、光度学 1、光通量 辐射能中能引起人眼视觉的那一部分辐射通量，单位为流明（lm）。 2、光出射度 光源单位发光面积发出的光通量，单位为流明每平方米（ ）。 3、光照度 单位受照面积接受的光通量，单位名称是勒克斯（ ）。 4、发光强度 点光源的发光强度等于点光源在单位立体角内发出的光通量，单位为坎德拉（ ） 。 5、光亮度 发光面的元面积，在和发光表面法线 成 角的方向，在元立体角 内发出的光通量为 ，则光亮度为 三、光学量和辐射量间的关系 1、光谱光视效率 接收器对不同波长电磁辐射的反应程度称为光谱响应度或光谱灵敏度。人对不同波长光响应的灵敏度，称之为“视见函数” V(λ) （“光谱光视效率Spectral Luminous Efficiency”）。 实验表明，观察场明暗不同时，光谱光视效率亦稍有不同 。 国际照明委员会（CIE）正式推荐两种光谱光视效率：明视觉光谱光视效率 和暗视觉光谱光视效率 2、光学量和辐射量间的关系 明视觉条件下 ，光通量 和辐通量 之间的关系 表示在明视觉条件下，波长 时，波长间隔 内， 的辐射通量引起人眼感觉的光通量为 对于整个可见辐射范围内的总光通量 第二节光传播过程中光学量的变化规律 这是对所有光学仪器进行光能量计算，进行相关设计的基础。 1、点光源在与之距离为 处的表面上形成的照度 照度平方反比关系。 2、面光源在与之距离为 处的表面上形成的照度 3、在同一介质的元光管中光通量和光亮度的传递 4、光束经界面反射和折射后的光通量和光亮度的传递 5、余弦辐射体 发光强度空间分布可用式 表示的发光表面为余弦辐射体。 余弦辐射体在各方向的光亮度相同。 余弦辐射体向平面孔径角为的立体角范围内发出的光通量可用下式计算 If the surface of the lighted object has the same luminance(光亮度) in all directions, we call this kind of surface perfect diffusive surface(全扩散表面). This kind of surface has characteristics of cosine radiation(余弦辐射特性). 第三节 成像系统像面的光照度 一、轴上像点的光照度 轴上像点照度为 轴上像点