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[理学]8辐射度学和光度学基础应用光学第八九次课
六. 全扩散表面的光亮度 全扩散表面(不发光表面;被照亮的表面) 被照明物体的表面在各个方向上的光亮度是相同的。 当然它具有余弦辐射特性的 设: 一个全扩散表面 下面就看看这个各个方向看上去相同的亮度到底是多少? 漫反射系数 七. 光学系统中光束的光亮度 以下讨论光能从光学系统始端到终端传递过程中的变化。 透过率 描述传递过程中光能损失的量。 传递过程中如果不考虑拦光,吸收,反射等损失,则 传递过程中如果考虑拦光,吸收,反射等损失,则 损失率 以下的讨论不考虑光能的损失 1. 在均匀透明介质中光通量和光亮度的传递 同理 传递过程中不考虑光能损失,则 结论 光能在均匀透明介质中传递时, 如果不考虑光能损失,则在传 播方向上的任一截面上光通量 传递不变,光亮度传递不变。 r di 2. 光在两介质分界面上折射时,光通量和光亮度的传递 设入射光束光亮度 通过 输出的光通量 同理 设折射光线光亮度 通过 输出的光通量 微分 结论 光能在两介质面折射时,如果不考虑光能损失,则在传播方向上的任一截面上光通量传递不变,光亮度传递变化的。但 当 和光能在均匀透明介质中传递时的结论一样。 3. 光在两介质分界面上的反射时,光通量和光亮度的传递 当 由此可见:光在均匀透明介质中传递,或者在两介质分界面上的反射时,光亮度的变化都可以看成是折射时的特例。 (1) 普遍的 关系式 折合光亮度 意义:在整个的光学系统中自始至终 说明 (2) 理想成象时, 物象的光亮度关系为 物象处于同一种介质时, (3) 实际光学系统成象时,必须考虑光能损失, 没有考虑光能损失 光学系统的透过率 八. 象平面的光照度 1. 轴上点的光照度公式 所输出的光通量 象平面的光照度 2. 轴外象点的光照度公式 出瞳 假定物平面的光亮度均匀,轴上轴外点对应的 光束截面积相等(不存在 斜光束渐晕). (1) 由公式推导可以看出:象平面上轴外点的光照度一定 轴上点的光照度的 说明 (3) 没有斜光束渐晕时, 离轴越远,光照度下降的越严重。 (2) 轴上点的光照度 (4) 实际光学系统总是存在有斜光束渐晕, 九. 小视场大孔径光学系统的光通量和象面光照度 前面相当于小视场,小孔径;现在就讨论小视场,大孔径 (物面很小,入瞳较大,), 或者大视场的视场中心部分的光能传递情况。 微小物面 入瞳 出瞳 象面 思路 和小扇形符合小视场,小孔径,求出 , 然后对整个光瞳面积分即为 发向整个光瞳的总的光通量。 微小物面 入瞳 出瞳 象面 当物面光亮度均匀时, 同理 当由物面到象面传递过程始终没有光能的损失,则 说明 (1) 适用于小视场大孔径系统或者大视场大孔径的 视场中央部分 (2) 这符合光照度的定义 辐射度学和光度学基础 一. 立体角 1. 立体角的度量 y x z O r 球面度 顶点周围全部空间范围内 的立体角 2. 立体角的计算 y x z O r a b di 由图可知: 当U 很小时, 平面角和立体角的转换关系 例 利用积分求整个空间的立体角 例 如图,求进入数值孔径 的聚光镜的光通量 占全部光通量的多少? 解 二. 辐射学中的基本量 1. 辐射通量 单位时间内辐射体所辐射的总能量。 O 辐射功率(W ) 2. 辐射强度 表示辐射体在不同方向上的辐射特性的。 光源在该方向上的发光强度 例 如果点光源在一个较大的立体角范围内均匀辐射,则 例 如果点光源在四周空间的范围内均匀辐射,则 3. 辐出射度 表示辐射体表面上不同位置辐射特性的。 4. 辐照度 5. 辐亮度 表示辐射体不同位置和不同方向上辐射特性的。 三. 人眼的视见函数 射击的靶心的颜色?? 人观察辐射体时,人眼的视觉不仅取决于该方向上的 辐射强度而且与辐射体发射的电磁波的波长有关。 表示人眼对不同波长辐射的敏感度 视见函数 说明 (1) 人眼在不同的观察条件下,视见函数略有差别的。 视见函数有国际标准。(CIE) (2) 人眼对 的视见函数 (3) 有了视见函数就可以比较两个不同波长辐射体对人眼 产生视觉的强弱。 例 波长为0.660微米的红光( )需要多大的功 率才可以得到与0.555微米同样亮暗程度的视觉刺激。 辐射强度相差16倍 四. 光度学中的基本量 1. 发光强度和光通量 发光强度 辐射强度 辐射通量 光通量 人眼接受到的辐射通量 人眼可以感觉到的辐射通量 光通量 单位换算常数 人眼接受到的光通量与辐射体对瞳孔所张的立体角之比 发光强度 (1) 发光强度表示光源在该方向上发光的强弱。 说明 (2) 发光强度和辐射强度的关系 光通量表示人眼产
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