第 5 章 光度学基础
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第 5 章 光度学基础. §5-1 辐射量和光学量及其单位 §5-2 光传播过程中光学量的变化规律 §5-3 成像系统像面的光照度. 光度学基础. 第五章光度学基础. §5-1 辐射量和光学量及其单位. 一、辐射量 1 、辐射能 Q e 以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量。 焦 [ 耳 ] ( J ) 2 、辐 [ 射能 ] 通量 F e 单位时间内发射、传输或接收的辐射能。 瓦 [ 特 ] ( W ). 光度学基础. 3 、辐 [ 射 ] 出 [ 射 ] 度 M e 辐射源单位发射面积发出的辐通量 —— 辐射源的辐出度 ( W/m 2 ). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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第 5 章 光度学基础
•§5-1 辐射量和光学量及其单位•§5-2 光传播过程中光学量的变化规律•§5-3 成像系统像面的光照度
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第五章 光度学基础
一、辐射量1 、辐射能 Qe
以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量。焦 [ 耳 ] ( J )
2 、辐 [ 射能 ] 通量 e
单位时间内发射、传输或接收的辐射能。瓦 [ 特 ] ( W )
§5-1 辐射量和光学量及其单位
dt
dQe e
光度学基础
3
3 、辐 [ 射 ] 出 [ 射 ] 度 Me
辐射源单位发射面积发出的辐通量——辐射源的辐出度 ( W/m2 )
dA
dM e
e
4 、辐射照度 Ee
辐射照射面单位受照面积上接收的辐通量——受照面的辐照度。 ( W/m2 )
dA
d ee
E
光度学基础
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5 、辐 [ 射 ] 强度 Ie
点辐射源向各方向发出辐射,在某一方向,在元立体角 d 内发出的辐通量为 de ,则 Ie 为:
d
dI ee
光度学基础
( W/sr )
5
6 、辐 [ 射 ] 亮度 Le
元面积为 dA 的辐射面,在和表面法线 N 成角方向,在元立体角 d 内发出的辐通量为 de ,则辐亮度 Le
为:
ddA
d ee cosL
( W/sr·m2 )
6
二、光学量1 、光通量 v 流 [ 明 ] ( lm )
标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。2 、光出射度 Mv 流 [ 明 ] 每平方米( lm/m2 )
光源单位发光面积发出的光通量——光源的光出射度
dA
dM v
v
3 、光照度 Ev 勒 [ 克斯 ] ( lx ) 1lx = 1lm/m2
单位受照面积接受的光通量——光照面的光照度。
dA
dE v
v
光度学基础
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4 、发光强度 Iv 坎 [ 德拉 ] ( cd )
点辐射源向各方向发出可见光,在某一方向,在元立体角 d 内发出的光通量为 dv ,则点光源在
该方向上的发光强度 Iv 为:
d
dI vv
dA
I
ddA
d vvv
coscosL
5 、光亮度 Lv 坎 [ 德拉 ] 每平方米( cd/m2 )
单位受照面积接受的光通量——光照面的光照度。
光度学基础
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三、光学量和辐射量之间的关系(一)光谱光效率函数
人眼——可见光探测器输入:辐射量度量的可见光辐射输出:光学量表示的光感受
人的视觉对不同波长光有不同的灵敏度。人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数——光谱光效率函数
V() :明视觉 555nmV’() :暗视觉 507nm
光度学基础
380 500 555 780
V(λ)
λ(nm)
明亮黑暗
黄绿兰青 红
1
人眼的光谱响应特征
V()V’()
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(二)光学量和辐射量之间的关系
d 内:明视觉: dv()= KmV()e()d
dv()= K’mV()e()d
光度学基础
780
380 emv d)()(VK
780
380 e'
v d)()('VKm
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一、点光源在与之距离为 r 处的表面上形成的照度
§5-2 光传播过程中光学量的变化规律
d
dA
cosdA
r
S
d
dI
dA
dE
22 r
AdcosId
r
Adcosd
cosr
IE
2
点光源在被照表面上形成的照度与被照面到光源距离的平方成反比——照度平方反比定律。
光度学基础
结论
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二、面光源在与之距离为 r 处的表面上形成的照度
221S
r
coscosdALE
光度学基础
1 2
dAdAs
r
N2N1
12
三、单一介质元光管内光亮度的传递光度学基础
1 2
dA2
dA1
r
d2d1
N1N2
2121
211
22222222
222
11111111
LLddr
cosdAdAcosLddAcosLd
r
cosdAdAcosLddAcosLd
光在元光管内传播,光束亮度不变结论
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光度学基础四、光束经界面反射和折射后的亮度
dAdicosLd
dA'd'icos'L'd
dAdicosLd 1111
反射
折射
LLd
d
L
L
dAdicosL
dAdicosL
d
d
1
111111
透明介质的界面反射比很小,所以反射光束的亮度很低。
对反射光束:
结论
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光度学基础
d)1(dd'd
d'dddAdicosL
dA'd'icos'L
d
'd
1
1
:即能量守恒:
对折射光束:
nsini = n’sini’ 两边微分
ddiicosisin
d'di'icos'isin
'n
n2
2
22
2
2
2
2
n
L
'n
'L0
n
'nL)1('L
'Ln
n'L1
时,
即
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五、余弦辐射体光度学基础
IN
I
dA
IN
I
dA
漫反射光入射光
漫反射面( 硫酸钡 )
IN
I
dA
入射光
漫透射光
乳白玻璃
常数
dA
I
dAcos
cosI
dAcos
IL
cosII
NN
N
余弦辐射体在各方向的光亮度相同。
1 、自发光面:绝对黑体平面灯丝钨灯2 、投射或反射体:漫投射体、漫反射体
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§5 - 3 成像系统像面的光照度光度学基础
一、轴上像点的光照度
UsindAL'Usin'dAL''UsindAL 222 ===
UsinLn
n'UsinL
1Usin
'dA
dAL
'dA
''E 2
2
22
22
==
)'Usinn'
Usinn
y
y'1
'dA
dA(
2==
成像光学系统
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光度学基础二、轴外像点的光照度
'M
22
2'M UsinL
n
n'E
D’
M’
A’
像面
出瞳
l0’
’ U’’
'cos'Usinl2
'cos'D'costgUUsin 2
'0
2
'cosl
2'D
'M
'M '
0
=
当 UM’ 较小
时:
'cosE'cos'UsinLn
n'E 4'
042
2
2'M
轴外像点的光照度随视场角’增大而降低。表明
’ 0 100 200 300 400 500 600
EM’/E0’ 1 0.941 0.780 0.563 0.344 0.171 0.063
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光度学基础三、光通过光学系统时的能量损失1 、透射界面的反射损失
'=透射比:
此时,反射光能损失和界面两边介质的折射率有关。两边折射率相差越大,反射损失越大。n=1.5,=0.04 n=1.6,=0.05 双胶合: =0
此外,反射光除造成光能损失,还在像面上形成杂散光背景,降低像的对比度。
2
n'n
n'n
=当光垂直入射或入射角很小时,
反射比:
)'ii(tg
)'ii(tg
)'ii(sin
)'ii(sin
2
12
2
2
2
=
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光度学基础
2 、光学材料对光能的吸收造成的损失
3 、反射界面的透射和吸收造成的损失
00
1 1 )=(= 光通量损失:反射比:
镀银反射面:≈ 0.95镀铝反射面:≈ 0.85 棱镜全反射面:≈ 1