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文档简介
立体角定义:一个任意形状封闭锥面所包含的空间称为“立体角”。单位:球面度。以锥顶为球心,以r为半径做一圆球,如果锥面在圆球上所截的面积等于r2,则该立体角为一个“球面度”(sr)。整个球面面积为,因此对整个空间有第五章光度学(辐射量和光学量)假定一个圆锥面的半顶角为,该圆锥所包含的立体角为当较小时,,则假定离A点处有一微面dA,dA的法线ON与AO夹角为,那么微面dA对A点所张立体角为θ证明:辐射能Qe:以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量称辐射能。单位:焦耳(J)
辐射能通量:单位时间内发射、传输或接收的辐射能。单位:瓦特(W)辐射出射度Me:辐射源单位发射面积发出的辐射量。单位:瓦每平方米(W/m2)辐射量:辐照度Ee:辐射照射面单位受照面积上接受的辐射量。单位:瓦每平方米(W/m2)辐射出射度Me辐照度Ee单位:瓦每球面度(W/sr)单位:瓦每球面度平方米光通量:标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。
单位:流明(lm)光度量:发光强度:设点光源在元立体角dΩ内发出的光通量为dΦV,则其发光强度为
单位坎德拉
(cd)
dAdΩ一个光源发出的波长为555nm的单色光,在一定方向的辐射强度Ie为,则此光源在该方向上的发光强度Iv为1cd。光出射度Mv:发光表面单位面积上发出的光通量,单位:勒克斯(lx)光照度Ev:光源发出的光投射到某表面,该表面上的亮暗程度定义为单位面积上得到的光通量。
单位:勒克斯(lx)
光出射度Me光照度Ee若是点光源照明某个面积,有讨论:1.IV越大则EV
越大;2.R越小则EV
越小;3.与方向有关,当i=0即垂直照明时EV
最大;4.人眼具有分辨光照度E
V大小的能力dAdAn=dAcosi阳光直射(正午)下,110,000
阴天室外,1000
商场内,500
阴天有窗室内,100
普通房间灯光下,100
满月照射下,0.2
常见照度(勒克司lx):
一个普通40瓦的白炽灯泡,其发光效率大约是每瓦10流明,因此可以发出400流明的光。我们可以认为灯泡在空间上发光是均匀的,那么距离该灯泡1米处,其照度为400/12.56=32勒克司。其中12.56=4π,光亮度——描述有限大小光源在特定方向的的发光特性单位:cd/m2Ω光谱光视效率函数
V(λ)(视见函数)λ420510555610700V(λ)0.0040.51.00.50.004V(555)=1辐射强度相同,波长λ不同的A,B辐射源,对人眼产生的视觉强度不同。人眼对λ=555nm的黄绿光最灵敏,定例:利用如图所示的探照灯,在15m远的地方照明直径为2.5m的圆面积。要求达到的平均照度为50lx,聚光镜的焦距为150mm,通光直径也等于150mm。试对该探照灯进行分析。探照灯分析发光效率——辐射体(光源)发出的总光通量与总辐射能通量之比。白炽灯
1W~14lm莹光灯
1W~50lm面积1平方米的发光表面在法线方向的发光强度为1cd时的亮度为1cd/m2
某些光源,L不随方向变,此时
I随方向变,即
这种光源称为余弦辐射体
双面发光单面发光证明:根据朗伯定律,求光亮度为L,发光微面dA在半顶角为u的圆锥面发出的光通量。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,双面发光,求在灯丝面内的平均光亮度。全扩散表面的光亮度:大多数物体本身是不发光的,而是被其他发光体照明后,光线在物体表面进行漫反射。如果被照明物体的表面在各方向上的光亮度是相同的,则称这样的表面为全扩散表面,全扩散表面具有余弦辐射特性。
第二节光传播过程中光学量的变化规律
1.光亮度在同一介质中的传递——光束的光亮度光在同一介质中传播,忽略散射及吸收,则在传播中的任一截面上,光通量与亮度不变。光束的亮度就是光源的亮度。dΩ1dΩ2按球坐标定义Ω2.光束经界面反射和折射后的亮度
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。因此像的光亮度永远小于物的光亮度。例题:面积为1cm2的单面发光圆盘是一个郎伯光源,光亮度为1500lm/(m2·sr),求:①最大发光强度I0,与发光面法线成30度角方向上的发光强度I30②圆盘发出的总光通量及光出射度。解:第三节成像光学系统像面的照度
一、轴上像点的光照度
讨论:
①光学系统孔径越u大,像面照度越大②系统放大倍率β越小,像面照度越大(若β大,为了保证像面足够的像面照度,更要求照明好,u要大)例题:太阳表面的辐亮度为2×107w(sr·m2),要求通过聚光镜所成亮斑像的中心辐照度为1.5×107w/m2,问聚光镜相对孔径D/f’应取多大?假定聚光镜焦距为50mm,问集中在太阳光斑像上的辐射通量多大?已知太阳半径为7×108m,太阳到地球距离为1.5×1011m。解:①求聚光镜的相对孔径(n=n’)得②求太阳光斑像大小太阳光斑像半径太阳光斑像面积③求太阳光斑像上的辐射通量太阳光被聚焦后,可用于点火、钻孔、熔化烧毁等,起作用的是辐照度,而不是光源本身的辐亮度。思考:古希腊人想用长焦距聚光镜烧毁远距离敌舰,是否可能。E'为轴上点的光照度,可见,轴外点的光照度随视场角的增大而显著下降。二、轴外像点的光照度
例题:有一广角照相物镜,视场角100°,视场中心的光照度为40lx,求边缘视场光照度(系统无渐晕)。三、光通过光学系统时的能量损失能量损失反射损失
反射光通量与入射光通量之比称为反射比,以表示。当当两种介质的折射率接近时,吸收损失
光通量为的入射光通过透明率为P,介质厚度为的介质出射光通量为一个光学系统,有N1个冕牌玻璃折射面和N2个火石玻璃折射面,光通过M种介质制成的元件,其中心厚度分别为,系统有N3个反射面。系统
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