光度学和辐射度学课件

光学教程第一篇几何光学12/17/20220光学教程第一篇几何光学12/16/20220光度学和辐射度学研究的主要问题：光学系统光能传输的问题（光度学）；各种波长的辐射能计量问题（辐射度学）。特点：1.以相关概念的设立和理解为出发点；2.研究多种实际光学系统的光能传送；研究多种波长的辐射能计量。12/17/20221光度学和辐射度学研究的主要问题：特点：12/16/20221辐射能通量：单位时间内通过某面元的各种波长的总电磁辐射能称为通过该面元的辐射能通量。§1辐射能通量视见函数和光通量设表示在波长范围~+中的辐射能通量。有：单色辐射能通量辐射能通量的谱密度12/17/20222辐射能通量：单位时间内通过某面元的各种波长的总电磁辐视见函数：如何比较两种颜色线的明亮感？波长为555.0nm的光波，人眼最敏感。故：

视见函数：若某波长的光引起的明亮感觉和555.0nm的光波相同，则称其辐射能通量之比为视见函数。12/17/20223视见函数：如何比较两种颜色线的明亮感？波长为实线：明视觉条件下的视见函数虚线：暗视觉条件下的视见函数12/17/20224实线：明视觉条件下的视见函数12/16/20224光谱响应曲线1.锑铯光电管；2.人眼；3.硅光电池；4.热敏元件12/17/20225光谱响应曲线12/16/20225明视觉视见函数国际标准12/17/20226明视觉视见函数国际标准12/16/20226光通量：光通量：对于波长的单色光，其辐射通量与视见函数的乘积称为光通量；式中：辐射能通量以视见函数为权重因子。对复色光：

国际单位制中：辐射能通量的单位为瓦特(W)，光通量的单位则为流明(l)。对555nm：1瓦特＝633流明1流明＝0.00146瓦特12/17/20227光通量：光通量：对于波长的单色光，其辐射通量与视光通量：发光效率：消耗功率与发出的光通量之比，称为发光效率；讨论：可见光？全部电磁波谱？12/17/20228光通量：发光效率：消耗功率与发出的光通量之比，称为发12/17/2022912/16/20229发光强度：为表征点光源发出的光通量的空间分布，定义点光源在某方向上单位立体角内发出的光通量为该方向的发光强度。§2发光强度若光源为各向同性，则：12/17/202210发光强度：为表征点光源发出的光通量的空间分布，定义点白炽灯发光强度的角分布12/17/202211白炽灯发光强度的角分布12/16/202211发光强度的单位：1979年第16届国际计量大会规定：若光源发出的光频率为540×1012Hz，且辐射强度为(1/683)W/sr，则其发光强度为1坎德拉(Candela)，简称坎(cd)。Candela为国际单位制中的7个基本单位之一，光度学中的其他单位均以之为导出单位。12/17/202212发光强度的单位：1979年第16届国际计量大会规定：光出射度：面光源上单位面元所发出的总光通量为该面元所在点的光出射度。§3光出射度和光亮度光出射度的单位是勒克斯（lux），记为lx。1勒克斯＝1流明/米2；1辐脱(phot)=104lx12/17/202213光出射度：面光源上单位面元所发出的总光通量为该面元所光亮度：为描述面光源上各小面元发出的光通量的空间分布，引入光亮度，简称亮度。发光表面某方向的光亮度等于该方向上单位投影面积在单位立体角内发出的光通量。12/17/202214光亮度：为描述面光源上各小面元发出的光通量的空间分布光亮度：光亮度的单位为尼特（nt），还有熙提(sb)：12/17/202215光亮度：光亮度的单位为尼特（nt），还有熙提(sb)12/17/20221612/16/202216余弦发射体：若某发光体有：即该面元在相等立体角内发射的光通量与cos成正比，即称该发光体为余弦发光体（朗伯面）。此时其光亮度是与方向无关的常数。12/17/202217余弦发射体：若某发光体有：即该面元在相等立体角内发射光照度：若被照面上面元dS所接收的光通量为dF，则定义该面元上的光照度为：§4光照度平均光照度：单位也是勒克斯(lux)和辐脱(phot)，但意义不同。12/17/202218光照度：若被照面上面元dS所接收的光通量为dF，则定12/17/20221912/16/202219点光源照射一平面时所产生的光照度：如图，若点光源的发光强度为I，则有：dS上光通量：照度的距离平方反比定律。12/17/202220点光源照射一平面时所产生的光照度：如图，若点光源的发面光源产生的光照度：如图，若面光源的亮度为B，则有：而：dS’的照度：12/17/202221面光源产生的光照度：如图，若面光源的亮度为B，则有：通过光学系统的光通量：§5像的光亮度和光照度12/17/202222通过光学系统的光通量：§5像的光亮度和光照度12/16/通过光学系统的光通量：面元dS在方向d立体角内进入系统的光通量：考虑面元为余弦发射体，则：12/17/202223通过光学系统的光通量：面元dS在方向d立体角内进入系统的通过光学系统的光通量：面元dS在方向d立体角内进入系统的光通量：考虑面元为余弦发射体，则：因为：12/17/202224通过光学系统的光通量：面元dS在方向d立体角内进入系统的像的光亮度：到达像面的光通量可设为：式中k称为系统的透射系数。考虑系统满足正弦条件：光学系统不能改变光学系统的光通量。12/17/202225像的光亮度：到达像面的光通量可设为：式中k称为系统的像的光照度：像面上的照度为：由正弦条件得：12/17/202226像的光照度：像面上的照度为：由正弦条件得：12/16像的光照度的两种特殊情况：1.适用电影机或幻灯机时，象距远大于焦距；物平面总在物方焦面附近，入射孔径角近似是一个常数。而像的照度与2成正比。2.适用照相机拍摄或眼睛观察物体，一般物距远大于焦距；像平面总在像方焦面附近，出射孔径角’近似一个常数，像的照度不变。12/17/202227像的光照度的两种特殊情况：1.适用电影机或幻灯机时设有薄透镜系统，孔径光阑和光瞳可视为透镜本身，其直径为D。于是：相对孔径的倒数称为F数，由于像的照度正比与相对孔径的平方，而相机光圈的刻度标记1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16……序列中，后一个数近似前一个的21/2。故照度依次减小一半。相对孔径12/17/202228设有薄透镜系统，孔径光阑和光瞳可视为透镜本身，其直径主观亮度：人眼观察时，像的照度越大，像面积内感光细胞上的光通量越多。故对扩展光源，规定眼睛的主观亮度就是网膜上像的照度。对于点光源，网膜上的照度失去意义，主观亮度由网膜上接收到的总光通量决定。下一节课内容：将进入波动光学的学习……请注意回顾和预习...12/17/202229主观亮度：人眼观察时，像的照度越大，像面积内感光细胞光学教程第一篇几何光学12/17/202230光学教程第一篇几何光学12/16/20220光度学和辐射度学研究的主要问题：光学系统光能传输的问题（光度学）；各种波长的辐射能计量问题（辐射度学）。特点：1.以相关概念的设立和理解为出发点；2.研究多种实际光学系统的光能传送；研究多种波长的辐射能计量。12/17/202231光度学和辐射度学研究的主要问题：特点：12/16/20221辐射能通量：单位时间内通过某面元的各种波长的总电磁辐射能称为通过该面元的辐射能通量。§1辐射能通量视见函数和光通量设表示在波长范围~+中的辐射能通量。有：单色辐射能通量辐射能通量的谱密度12/17/202232辐射能通量：单位时间内通过某面元的各种波长的总电磁辐视见函数：如何比较两种颜色线的明亮感？波长为555.0nm的光波，人眼最敏感。故：

视见函数：若某波长的光引起的明亮感觉和555.0nm的光波相同，则称其辐射能通量之比为视见函数。12/17/202233视见函数：如何比较两种颜色线的明亮感？波长为实线：明视觉条件下的视见函数虚线：暗视觉条件下的视见函数12/17/202234实线：明视觉条件下的视见函数12/16/20224光谱响应曲线1.锑铯光电管；2.人眼；3.硅光电池；4.热敏元件12/17/202235光谱响应曲线12/16/20225明视觉视见函数国际标准12/17/202236明视觉视见函数国际标准12/16/20226光通量：光通量：对于波长的单色光，其辐射通量与视见函数的乘积称为光通量；式中：辐射能通量以视见函数为权重因子。对复色光：

国际单位制中：辐射能通量的单位为瓦特(W)，光通量的单位则为流明(l)。对555nm：1瓦特＝633流明1流明＝0.00146瓦特12/17/202237光通量：光通量：对于波长的单色光，其辐射通量与视光通量：发光效率：消耗功率与发出的光通量之比，称为发光效率；讨论：可见光？全部电磁波谱？12/17/202238光通量：发光效率：消耗功率与发出的光通量之比，称为发12/17/20223912/16/20229发光强度：为表征点光源发出的光通量的空间分布，定义点光源在某方向上单位立体角内发出的光通量为该方向的发光强度。§2发光强度若光源为各向同性，则：12/17/202240发光强度：为表征点光源发出的光通量的空间分布，定义点白炽灯发光强度的角分布12/17/202241白炽灯发光强度的角分布12/16/202211发光强度的单位：1979年第16届国际计量大会规定：若光源发出的光频率为540×1012Hz，且辐射强度为(1/683)W/sr，则其发光强度为1坎德拉(Candela)，简称坎(cd)。Candela为国际单位制中的7个基本单位之一，光度学中的其他单位均以之为导出单位。12/17/202242发光强度的单位：1979年第16届国际计量大会规定：光出射度：面光源上单位面元所发出的总光通量为该面元所在点的光出射度。§3光出射度和光亮度光出射度的单位是勒克斯（lux），记为lx。1勒克斯＝1流明/米2；1辐脱(phot)=104lx12/17/202243光出射度：面光源上单位面元所发出的总光通量为该面元所光亮度：为描述面光源上各小面元发出的光通量的空间分布，引入光亮度，简称亮度。发光表面某方向的光亮度等于该方向上单位投影面积在单位立体角内发出的光通量。12/17/202244光亮度：为描述面光源上各小面元发出的光通量的空间分布光亮度：光亮度的单位为尼特（nt），还有熙提(sb)：12/17/202245光亮度：光亮度的单位为尼特（nt），还有熙提(sb)12/17/20224612/16/202216余弦发射体：若某发光体有：即该面元在相等立体角内发射的光通量与cos成正比，即称该发光体为余弦发光体（朗伯面）。此时其光亮度是与方向无关的常数。12/17/202247余弦发射体：若某发光体有：即该面元在相等立体角内发射光照度：若被照面上面元dS所接收的光通量为dF，则定义该面元上的光照度为：§4光照度平均光照度：单位也是勒克斯(lux)和辐脱(phot)，但意义不同。12/17/202248光照度：若被照面上面元dS所接收的光通量为dF，则定12/17/20224912/16/202219点光源照射一平面时所产生的光照度：如图，若点光源的发光强度为I，则有：dS上光通量：照度的距离平方反比定律。12/17/202250点光源照射一平面时所产生的光照度：如图，若点光源的发面光源产生的光照度：如图，若面光源的亮度为B，则有：而：dS’的照度：12/17/202251面光源产生的光照度：如图，若面光源的亮度为B，则有：通过光学系统的光通量：§5像的光亮度和光照度12/17/202252通过光学系统的光通量：§5像的光亮度和光照度12/16/通过光学系统的光通量：面元dS在方向d立体角内进入系统的光通量：考虑面元为余弦发射体，则：12/17/202253通过光学系统的光通量：面元dS在方向d立体角内进入系统的通过光学系统的光通量：面元dS在方向d立体角内进入系统的光通量：考虑面元为余弦发射体，则：因为：12/17/202254通过光学系统的光通量：面元dS在方向d立体角内进入系统的像的光亮度：到达像面的光通量可设为：式中k称为系统的透射系数。考虑系统满足正弦条件：光学系统不能改变光学系统的光通量。12/17/202255像的光亮度：