第六章 輻射度學與光度學基礎

第六章輻射度學和光度學基礎Chapter5:Radiometryandphotometry§6-2輻射度學的基本量

一、輻射通量輻射體單位時間輻射的總能量，稱輻射通量，用表示。單位瓦特。輻射的能量其實是波長的函數(shù)，稱光譜密集度，用表示?！?-2輻射度學的基本量

二、輻射強度單位立體角內(nèi)輻射的輻射通量，稱輻射強度，記作單位：瓦每球面度（W/Sr）§6-2輻射度學的基本量

二、輻射出射度和輻照度輻射體單位面積輻射的輻射通量，稱輻射出射度，記作接受體單位面積接收到的輻射通量，稱輻照度，記作單位：瓦每平方米（W/m2）§6-2輻射度學的基本量

二、輻亮度輻射體在某方向上單位面積單位立體角輻射的輻射通量，稱輻亮度，記作單位：瓦每球面度每平方米（W/Sr·m2）§6-3人眼的視見函數(shù)人眼可以感受的光譜區(qū)間390-780nm，稱作可見光人眼對不同波長輻射的的敏感度不同，敏感度與波長的關系，稱作視見函數(shù)，用V(λ)表示人眼對555nm的黃綠光最敏感，定義它的視見函數(shù)為1，即V(555)=1其它波長的視見函數(shù)，按相同觀察條件下，測得的結果與555nm下測得的結果之比，顯然V(λ<1人眼在明視覺和暗視覺下，視見函數(shù)有所不同§6-3人眼的視見函數(shù)§6-4光度學中的基本量

一、發(fā)光強度和光通量對某一單色光λ，輻射體輻射的能量按視見函數(shù)提取的能量，稱作光通量，記作對某一立體角稱作發(fā)光強度§6-4光度學中的基本量

一、發(fā)光強度和光通量發(fā)光強度I的單位為坎德拉（坎，cd），為七個國際基本計量單位之一。定義：1cd為發(fā)光體發(fā)出555nm的單色波，且測得同方向的輻射強度為(1/683)W/Sr，則發(fā)光體在該方向上的發(fā)光強度為1cd§6-4光度學中的基本量

一、發(fā)光強度和光通量光通量單位：流明、lm§6-4光度學中的基本量

一、發(fā)光強度和光通量LetK(λ)稱為λ的光譜光視效能全光譜光通量與輻射通量之間的關系定義：光視效能光視效能的單位為：lm/W§6-4光度學中的基本量光源光視效能光源光視效能鎢絲燈(真空)8-9.2日光燈27-41鎢絲燈(充氣)9.2-21高壓水銀燈34-45石英鹵鎢燈30超高壓水銀燈40-47.5氣體放大管16-30鈉光燈60常用光源的光視效能§6-4光度學中的基本量

例：一個功率（輻射通量）為60W的鎢絲充氣燈泡，假定它在各個方向上均有發(fā)光，求它的發(fā)光強度。鎢絲充氣燈泡的光視效能9.2-21，取平均值為15lm/W§6-4光度學中的基本量

二、光出射度和光照度發(fā)光體單位面積發(fā)射的光通量，稱光出射度，記作接受體單位面積接收到的光通量，稱光照度，記作光照度的單位為：勒克斯（lx）§6-4光度學中的基本量

二、光出射度和光照度發(fā)光體單位面積發(fā)射的光通量，稱光出射度，記作接受體單位面積接收到的光通量，稱光照度，記作光照度的單位為：勒克斯（lx）表6-3§6-4光度學中的基本量

例：如圖所示，在15m處照明直徑為2.5m的圓面積。要求像面平均照度為50lx，聚光鏡的焦距為150mm，通光孔徑也為150mm，求燈泡的發(fā)光強度和燈泡通過聚光鏡成像后在照明范圍內(nèi)的平均發(fā)光強度，以及燈泡的功率和位置。2.5m150mm15m像面總光通量：§6-4光度學中的基本量

例：如圖所示，在15m處照明直徑為2.5m的圓面積。要求像面平均照度為50lx，聚光鏡的焦距為150mm，通光孔徑也為150mm，求燈泡的發(fā)光強度和燈泡通過聚光鏡成像后在照明范圍內(nèi)的平均發(fā)光強度，以及燈泡的功率和位置。2.5m150mm15m像面總光通量：§6-4光度學中的基本量

例：如圖所示，在15m處照明直徑為2.5m的圓面積。要求像面平均照度為50lx，聚光鏡的焦距為150mm，通光孔徑也為150mm，求燈泡的發(fā)光強度和燈泡通過聚光鏡成像后在照明范圍內(nèi)的平均發(fā)光強度，以及燈泡的功率和位置。2.5m150mm15m若燈泡均勻發(fā)光：若用充氣鎢絲燈泡§6-4光度學中的基本量

三、光亮度發(fā)光體在某方向上單位面積單位立體角發(fā)射的光通量，稱光亮度，記作單位：坎每平方米（cd/m2）表6-4§6-5光照度公式和發(fā)光強度的余弦定律

一、光照度公式面內(nèi)的光通量:§6-5光照度公式和發(fā)光強度的余弦定律

一、光照度公式XXStandardsourcetestedsource§6-5光照度公式和發(fā)光強度的余弦定律

二、發(fā)光強度余弦定律大多數(shù)均勻發(fā)光的物體，在各個方向上的光亮度都近似一致。

符合上式（發(fā)光強度余弦定律或朗伯定律）的發(fā)光體稱作“余弦輻射體”或“朗伯輻射體”?！?-5光照度公式和發(fā)光強度的余弦定律

二、發(fā)光強度余弦定律發(fā)光強度單面發(fā)光u=90°雙面發(fā)光§6-5光照度公式和發(fā)光強度的余弦定律

例：假定一個鎢絲充氣燈泡的功率為300W，光視效能為20lm/W，燈絲尺寸為8X8.5mm2，雙面發(fā)光，求在燈絲面內(nèi)的平均光亮度。8mm8.5mm總光通量兩面發(fā)光§6-6全擴散表面的光亮度

全擴散表面：光線在物體表面進行漫反射，如果被照明物體表面各方向上的光亮度相同，稱此表面為全擴散表面。全擴散表面具有余弦輻射特性，或叫朗伯體。面接收的光通量若漫反射表面的反射系數(shù)為，則它反射的光通量為對朗伯體全擴散表面的光亮度公式§6-6全擴散表面的光亮度常見物體表面的漫反射系統(tǒng)照明表面漫反射系統(tǒng)/%照明表面漫反射系統(tǒng)/%氧化鎂96黏土16石灰91月亮10-20雪78黑土5-10白紙70-80黑呢絨1-4白砂25黑絲絨0.2-1§6-7光學系統(tǒng)中光束的光亮度

一、均勻透明介質(zhì)情形光亮度定義:元光管無光能損失§6-7光學系統(tǒng)中光束的光亮度無光能損失§6-7光學系統(tǒng)中光束的光亮度Snelllaw微分§6-7光學系統(tǒng)中光束的光亮度1.當2.當3.對光學系統(tǒng)4.物像空間5.有光能損失§6-8像平面的光照度

一、軸上點的光照度公式像面光通量：像面光照度：When§6-8像平面的光照度

二、軸外像點的光照度公式§6-8像平面的光照度

二、軸外像點的光照度公式10°0.94140°0.34420°0.78050°0.17130°0.56360°0.063如果存在漸暈，面漸暈系數(shù)為K§6-9照相物鏡像平面的光照度和光圈數(shù)§6-9照相物鏡像平面的光照度和光圈數(shù)相對孔徑:F數(shù):像面照度按減少一半變化，則相對孔徑按變化，即:1:11:1.41:21:2.81:41:5.61:81:11§6-9照相物鏡像平面的光照度和光圈數(shù)11.422.845.6811F制光圈§6-9照相物鏡像平面的光照度和光圈數(shù)

例：有一照相物鏡透過率為0.85，T制光圈為1:2，求F制光圈。F制光圈1:1.84§6-9照相物鏡像平面的光照度和光圈數(shù)

曝光量：如照相物鏡像平面光照度為E，曝光時間為t，定義底片單位面積接收的曝光量為H單位：勒克斯·秒、lx·s§6-9照相物鏡像平面的光照度和光圈數(shù)

例：在晴朗的白天進行外景攝影，要求天空在底片上的曝光量為H=0.4lx·s，假定曝光時間t=0.01s，物鏡的透過率為0.85，求應選多大的光圈數(shù)晴朗的白天天空光亮度為:5000cd/m2選哪一個光圈？§6-10人眼的主觀光亮度

一、發(fā)光點主觀光亮度由光通量決定：路燈§6-10人眼的主觀光亮度

二、發(fā)光面主觀光亮度由光照度決定：物體位于空氣中：與距離無關§6-11通過望遠鏡觀察時的主觀光亮度

一、發(fā)光點人眼直接觀察時的主觀光亮度為：1.D——入瞳直徑D’——出瞳直徑§6-11通過望遠鏡觀察時的主觀光亮度

一、發(fā)光點人眼直接觀察時的主觀光亮度為：1.§6-11通過望遠鏡觀察時的主觀光亮度

二、發(fā)光面1.人眼直接觀察時的主觀光亮度為：用儀器觀察時：§6-11通過望遠鏡觀察時的主觀光亮度

二、發(fā)光面1.人眼直接觀察時的主觀光亮度為：用儀器觀察時：§6-11通過望遠鏡觀察時的主觀光亮度

Conclusions:用望遠鏡觀察點發(fā)光物體的主觀光亮度，大于用眼睛直徑觀察時的主觀光亮度；2.用望遠鏡觀察面發(fā)光物體的主觀光亮度，小于用眼睛直徑觀察時的主觀光亮度.§6-12光學系統(tǒng)中光能損失的計算12反射損失傳輸吸收§6-12光學系統(tǒng)中光能損失的計算

一、反射損失定義：反射光通量和入射光通量之比為反射系數(shù)，記作ρ能量守恒若有K個折射面§6-12光學系統(tǒng)中光能損失的計算

二、吸收損失K吸收系數(shù)P透過系數(shù)l介質(zhì)系數(shù)，單位厘米（cm）§6-12光學系統(tǒng)中光能損失的計算

三、光學系統(tǒng)的透過率若光學系統(tǒng)有m個折射面，有n種介質(zhì)，則總的透過光通量為：透過率系數(shù)為：§6-12光學系統(tǒng)中光能損失的計算

三、光學系統(tǒng)的透過率材質(zhì)反射系數(shù)冕牌玻璃0.04火石玻璃0.05鍍鋁表面0.85鍍銀