应用光学 chapter 5课件

1辐射度学和光度学基础

2问题提出光具有能量如激光焊接，激光致盲，太阳能热水器光学系统是能量传输系统前面几章研究了光学系统的成像问题，只是研究了能量的传播方向，本章解决能量的测量、计量和计算问题研究电磁波辐射的测试、计量和计算的学科称为“辐射度学”研究可见光的测试、计量和计算的学科称为“光度学”可见光可用辐射量和光学量两种量值系统来度量描述电磁辐射的物理量为辐射量可见光是波长在400nm-760nm范围内的电磁辐射，是能对人的视觉形成刺激，并被能被人感受到的电磁辐射，按视觉响应原则建立的表征可见光的量为光学量3辐射度学与光度学中基本量立体角5辐射度量6

辐射强度定义：辐射通量与立体角的比值，表示辐射体在不同方向上的辐射

特性（单位：W/sr）dΩdΦe7

辐射出射度、辐射照度（单位：W/m2）dΦ′Ads′定义：辐射通量与A点处微面的比值，表示辐射体表面上任意一点A处的辐射强弱AdΦds8

辐射亮度（单位：W/(sr·m2）定义：辐射强度与A点处微面投影面积的比值，表示辐射体表面上不同位置和方向上的辐射特性10明视觉与暗视觉函数12光度量14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匀发光，求它的发光强度。解：取光效视能为15lm/W,则总光通量：Φ＝KΦe=15×60＝900lm发光强度为I＝Φ/Ώ=Φ/4π=71.62cd151617光亮度－发光表面不同位置和不同方向的发光特性L＝I/dsn=I/（ds·cosθ）L＝I/dsn=dΦ/（ds·cosθ·dΩ）发光面上单位投影面积在单位立体角内发出的光通量单位：坎德拉/米2,cd/m2，熙提（sb）,1st=1cd/cm2

人们常说40w日光灯比40w钨丝灯亮，是否说明日光灯的光亮度比钨丝灯大？这里所说的“亮”是指什么？物体的光亮度就是人眼感到的明亮程度，这种说法对吗？18例：

He-Ne激光器：Pλ＝10mw,λ=632.8nm,Vλ=0.24,d=1mm,θ=1mSr(毫弧度)，求LdΦ=683VλdΦe=683×0.24×10×10-3=1.6152流明

dΩ=πθ2=3.14×(10-3)2L=dΦ/（ds·dΩ)=6.553×107stL太阳＝1.5×105st

LHe-Ne=440L太阳

“勿对着眼睛照射”

“激光致盲武器”20有：对应的立体角为：照明空间的平均发光强度和灯泡的发光强度为分别：灯泡发出的总光通量：灯泡的功率：灯泡的位置：21光传播过程中光学量的变化规律232426对朗伯源，发光强度向量Iθ端点轨迹是一个与发光面相切的球面余弦辐射体在和法线成任意角度方向的光亮度朗伯源的光亮度Lθ与方向无关，只是I随θ变化而变化27余弦辐射体发光微面发出的光通量两面发光：28光学系统中光束的光亮度均匀透明介质情形假定A1A2直线为均匀透明介质中的一条光线讨论：直线上任意两点A1和A2在光线前进方向上的L1和L2之间的关系

A1A230dA位于n1介质内。入射光束的光亮度L1，在o点附近取一微元dA，则过dA输出的光通量：dA看作位于n2介质内。dA输出的光通量：

折射情形31不考虑界面损失，也不考虑光束在传播中的光能损失结论：当光线处于同一介质，同前L2＝L132L2＝L1综上，光束在均匀介质中传播，或在两种介质分界面上的反射时的光亮度变化，都看成折射时的特例折合光亮度

结论：如果不考虑光束在传播中的光能损失，则位于同一条光线上的所有各点，在该光线传播方向上的折合光亮度不变

反射情形33理想成像，物点A发出的光线均通过像点A’，物和像的光亮度实际光学系统，考虑光能损失1当系统物象空间介质相同时，像的光亮度永远小于物的光亮度

2折射光的光亮度不仅与透射率的大小有关，也与二介质的折射率密切相关34成像系统的像面照度353637特广角镜头设计难！38照相物镜象平面的光照度像平面近似位于物镜的像方焦平面上F制光圈39分度的方法：每一刻度值对应的象平面光照度依次减少一半，相对孔径按等比级数变化40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H＝0.4lx·s，假定取曝光时间t=1/100s,物镜的透过率τ=0.85,问应选多大的光圈数？（晴朗白天天空的光亮度为5000cd/m2)解：光圈数选8或1141

投影物镜象平面的光照度物平面近似位于物镜的物方焦平面上投影物镜的放大率像面的照度公式42434445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H＝0.4lx·s，假定取曝光时间t=1/100s,物镜的透过率τ=0.85,问应选多大的光圈数？（晴朗白天天空的光亮度为5000cd/m2)解：光圈数选8或11461.人工照明下阅读时，纸面光亮度应大于10cd/m2,假定白纸的漫反射系数为0.75，用60w充气钨丝灯照明，光视效能为15lm/w,求当灯泡离纸面距离不大于多少时，才能产生所要求的光亮度（假定纸面与照射光线方向垂直）？思考题：472.面积为1cm2的单面发光圆盘是一个朗伯光源，光亮度为1500lm/(m2·sr),求①最大发光强度I0，与发光面法线30度角方向上的发光强度I30