辐射度学和光度学基础

第六章辐射度学和光度学基础,Chapter5:Radiometryandphotometry,6-2辐射度学的基本量,一、辐射通量,辐射体单位时间辐射的总能量，称辐射通量，用表示。单位瓦特。辐射的能量其实是波长的函数，称光谱密集度，用表示。,6-2辐射度学的基本量,二、辐射强度,单位立体角内辐射的辐射通量，称辐射强度，记作,单位：瓦每球面度（W/Sr）,6-2辐射度学的基本量,二、辐射出射度和辐照度,辐射体单位面积辐射的辐射通量，称辐射出射度，记作接受体单位面积接收到的辐射通量，称辐照度，记作,单位：瓦每平方米（W/m2）,6-2辐射度学的基本量,二、辐亮度,辐射体在某方向上单位面积单位立体角辐射的辐射通量，称辐亮度，记作,单位：瓦每球面度每平方米（W/Srm2）,6-3人眼的视见函数,人眼可以感受的光谱区间390-780nm，称作可见光人眼对不同波长辐射的的敏感度不同，敏感度与波长的关系，称作视见函数，用V()表示,人眼对555nm的黄绿光最敏感，定义它的视见函数为1，即V(555)=1其它波长的视见函数，按相同观察条件下，测得的结果与555nm下测得的结果之比，显然V(1人眼在明视觉和暗视觉下，视见函数有所不同,6-3人眼的视见函数,6-4光度学中的基本量,一、发光强度和光通量,对某一单色光，辐射体辐射的能量按视见函数提取的能量，称作光通量，记作,对某一立体角,称作发光强度,6-4光度学中的基本量,一、发光强度和光通量,发光强度I的单位为坎德拉（坎，cd），为七个国际基本计量单位之一。定义：1cd为发光体发出555nm的单色波，且测得同方向的辐射强度为(1/683)W/Sr，则发光体在该方向上的发光强度为1cd,6-4光度学中的基本量,一、发光强度和光通量,光通量,单位：流明、lm,6-4光度学中的基本量,一、发光强度和光通量,Let,K()称为的光谱光视效能,全光谱光通量与辐射通量之间的关系,定义：光视效能,光视效能的单位为：lm/W,6-4光度学中的基本量,常用光源的光视效能,6-4光度学中的基本量,例：一个功率（辐射通量）为60W的钨丝充气灯泡，假定它在各个方向上均有发光，求它的发光强度。,钨丝充气灯泡的光视效能9.2-21，取平均值为15lm/W,6-4光度学中的基本量,二、光出射度和光照度,发光体单位面积发射的光通量，称光出射度，记作接受体单位面积接收到的光通量，称光照度，记作,光照度的单位为：勒克斯（lx）,6-4光度学中的基本量,二、光出射度和光照度,发光体单位面积发射的光通量，称光出射度，记作接受体单位面积接收到的光通量，称光照度，记作,光照度的单位为：勒克斯（lx）,表6-3,6-4光度学中的基本量,例：如图所示，在15m处照明直径为2.5m的圆面积。要求像面平均照度为50lx，聚光镜的焦距为150mm，通光孔径也为150mm，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。,像面总光通量：,6-4光度学中的基本量,例：如图所示，在15m处照明直径为2.5m的圆面积。要求像面平均照度为50lx，聚光镜的焦距为150mm，通光孔径也为150mm，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。,像面总光通量：,6-4光度学中的基本量,例：如图所示，在15m处照明直径为2.5m的圆面积。要求像面平均照度为50lx，聚光镜的焦距为150mm，通光孔径也为150mm，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。,若灯泡均匀发光：,若用充气钨丝灯泡,6-4光度学中的基本量,三、光亮度,发光体在某方向上单位面积单位立体角发射的光通量，称光亮度，记作,单位：坎每平方米（cd/m2）,表6-4,6-5光照度公式和发光强度的余弦定律,一、光照度公式,面内的光通量:,6-5光照度公式和发光强度的余弦定律,一、光照度公式,X,X,Standardsource,testedsource,6-5光照度公式和发光强度的余弦定律,二、发光强度余弦定律,大多数均匀发光的物体，在各个方向上的光亮度都近似一致。,符合上式（发光强度余弦定律或朗伯定律）的发光体称作“余弦辐射体”或“朗伯辐射体”。,6-5光照度公式和发光强度的余弦定律,二、发光强度余弦定律,发光强度,单面发光u=90,双面发光,6-5光照度公式和发光强度的余弦定律,例：假定一个钨丝充气灯泡的功率为300W，光视效能为20lm/W，灯丝尺寸为8X8.5mm2，双面发光，求在灯丝面内的平均光亮度。,8mm,8.5mm,总光通量,两面发光,6-6全扩散表面的光亮度,全扩散表面：光线在物体表面进行漫反射，如果被照明物体表面各方向上的光亮度相同，称此表面为全扩散表面。全扩散表面具有余弦辐射特性，或叫朗伯体。,面接收的光通量,若漫反射表面的反射系数为，则它反射的光通量为,对朗伯体,全扩散表面的光亮度公式,6-6全扩散表面的光亮度,常见物体表面的漫反射系统,6-7光学系统中光束的光亮度,一、均匀透明介质情形,光亮度定义:,元光管,无光能损失,6-7光学系统中光束的光亮度,无光能损失,6-7光学系统中光束的光亮度,Snelllaw,微分,6-7光学系统中光束的光亮度,1.当,2.当,3.对光学系统,4.物像空间,5.有光能损失,6-8像平面的光照度,一、轴上点的光照度公式,像面光通量：,像面光照度：,When,6-8像平面的光照度,二、轴外像点的光照度公式,6-8像平面的光照度,二、轴外像点的光照度公式,如果存在渐晕，面渐晕系数为K,6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数,6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数,相对孔径:,F数:,像面照度按减少一半变化，则相对孔径按变化，即:,6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数,F制光圈,6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数,例：有一照相物镜透过率为0.85，T制光圈为1:2，求F制光圈。,F制光圈1:1.84,6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数,曝光量：如照相物镜像平面光照度为E，曝光时间为t，定义底片单位面积接收的曝光量为H,单位：勒克斯秒、lxs,6-9照相物镜像平面的光照度和光圈数,例：在晴朗的白天进行外景摄影，要求天空在底片上的曝光量为H=0.4lxs，假定曝光时间t=0.01s，物镜的透过率为0.85，求应选多大的光圈数,晴朗的白天天空光亮度为:5000cd/m2,选哪一个光圈？,6-10人眼的主观光亮度,一、发光点,主观光亮度由光通量决定：,路灯,6-10人眼的主观光亮度,二、发光面,主观光亮度由光照度决定：,物体位于空气中：,与距离无关,6-11通过望远镜观察时的主观光亮度,一、发光点,人眼直接观察时的主观光亮度为：,1.,D入瞳直径D出瞳直径,6-11通过望远镜观察时的主观光亮度,一、发光点,人眼直接观察时的主观光亮度为：,1.,6-11通过望远镜观察时的主观光亮度,二、发光面,1.,人眼直接观察时的主观光亮度为：,用仪器观察时：,6-11通过望远镜观察时的主观光亮度,二、发光面,1.,人眼直接观察时的主观光亮度为：,用仪器观察时：,6-11通过望远镜观察时的主观光亮度,Conclusions:,用望远镜观察点发光物体的主观光亮度，大于用眼睛直径观察时的主观光亮度；2.用望远镜观察面发光物体的主观光亮度，小于用眼睛直径观察时的主观光亮度.,6-12光学系统中光能损失的计算,1,2,反射损失,传输吸收,6-12光学系统中光能损失的计算,一、反射损失,定义：反射光通量和入射光通量之比为反射系数，记作,能量守恒,若有K个折射面,6-12光学系统中光能损失的计算,二、吸收损失,K,吸收系数,P,透过系数,l,介质系数，单位厘米（cm）,6-12光学系统中光能损失的计算,三、光学系统的透过率,若光学系统有m个折射面，有n种介质，则总的透过光通量为：,透过率系数为：,6-12光学系统中光能损失的计算,三、光学系统的透过率,镀铝表面数,