光度學(xué)和輻射度學(xué)課件

光學(xué)教程第一篇幾何光學(xué)12/17/20220光學(xué)教程第一篇幾何光學(xué)12/16/20220光度學(xué)和輻射度學(xué)研究的主要問題：光學(xué)系統(tǒng)光能傳輸?shù)膯栴}（光度學(xué)）；各種波長的輻射能計量問題（輻射度學(xué)）。特點：1.以相關(guān)概念的設(shè)立和理解為出發(fā)點；2.研究多種實際光學(xué)系統(tǒng)的光能傳送；研究多種波長的輻射能計量。12/17/20221光度學(xué)和輻射度學(xué)研究的主要問題：特點：12/16/20221輻射能通量：單位時間內(nèi)通過某面元的各種波長的總電磁輻射能稱為通過該面元的輻射能通量。§1輻射能通量視見函數(shù)和光通量設(shè)表示在波長范圍~+中的輻射能通量。有：單色輻射能通量輻射能通量的譜密度12/17/20222輻射能通量：單位時間內(nèi)通過某面元的各種波長的總電磁輻視見函數(shù)：如何比較兩種顏色線的明亮感？波長為555.0nm的光波，人眼最敏感。故：

視見函數(shù)：若某波長的光引起的明亮感覺和555.0nm的光波相同，則稱其輻射能通量之比為視見函數(shù)。12/17/20223視見函數(shù)：如何比較兩種顏色線的明亮感？波長為實線：明視覺條件下的視見函數(shù)虛線：暗視覺條件下的視見函數(shù)12/17/20224實線：明視覺條件下的視見函數(shù)12/16/20224光譜響應(yīng)曲線1.銻銫光電管；2.人眼；3.硅光電池；4.熱敏元件12/17/20225光譜響應(yīng)曲線12/16/20225明視覺視見函數(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)12/17/20226明視覺視見函數(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)12/16/20226光通量：光通量：對于波長的單色光，其輻射通量與視見函數(shù)的乘積稱為光通量；式中：輻射能通量以視見函數(shù)為權(quán)重因子。對復(fù)色光：

國際單位制中：輻射能通量的單位為瓦特(W)，光通量的單位則為流明(l)。對555nm：1瓦特＝633流明1流明＝0.00146瓦特12/17/20227光通量：光通量：對于波長的單色光，其輻射通量與視光通量：發(fā)光效率：消耗功率與發(fā)出的光通量之比，稱為發(fā)光效率；討論：可見光？全部電磁波譜？12/17/20228光通量：發(fā)光效率：消耗功率與發(fā)出的光通量之比，稱為發(fā)12/17/2022912/16/20229發(fā)光強度：為表征點光源發(fā)出的光通量的空間分布，定義點光源在某方向上單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為該方向的發(fā)光強度?！?發(fā)光強度若光源為各向同性，則：12/17/202210發(fā)光強度：為表征點光源發(fā)出的光通量的空間分布，定義點白熾燈發(fā)光強度的角分布12/17/202211白熾燈發(fā)光強度的角分布12/16/202211發(fā)光強度的單位：1979年第16屆國際計量大會規(guī)定：若光源發(fā)出的光頻率為540×1012Hz，且輻射強度為(1/683)W/sr，則其發(fā)光強度為1坎德拉(Candela)，簡稱坎(cd)。Candela為國際單位制中的7個基本單位之一，光度學(xué)中的其他單位均以之為導(dǎo)出單位。12/17/202212發(fā)光強度的單位：1979年第16屆國際計量大會規(guī)定：光出射度：面光源上單位面元所發(fā)出的總光通量為該面元所在點的光出射度?！?光出射度和光亮度光出射度的單位是勒克斯（lux），記為lx。1勒克斯＝1流明/米2；1輻脫(phot)=104lx12/17/202213光出射度：面光源上單位面元所發(fā)出的總光通量為該面元所光亮度：為描述面光源上各小面元發(fā)出的光通量的空間分布，引入光亮度，簡稱亮度。發(fā)光表面某方向的光亮度等于該方向上單位投影面積在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。12/17/202214光亮度：為描述面光源上各小面元發(fā)出的光通量的空間分布光亮度：光亮度的單位為尼特（nt），還有熙提(sb)：12/17/202215光亮度：光亮度的單位為尼特（nt），還有熙提(sb)12/17/20221612/16/202216余弦發(fā)射體：若某發(fā)光體有：即該面元在相等立體角內(nèi)發(fā)射的光通量與cos成正比，即稱該發(fā)光體為余弦發(fā)光體（朗伯面）。此時其光亮度是與方向無關(guān)的常數(shù)。12/17/202217余弦發(fā)射體：若某發(fā)光體有：即該面元在相等立體角內(nèi)發(fā)射光照度：若被照面上面元dS所接收的光通量為dF，則定義該面元上的光照度為：§4光照度平均光照度：單位也是勒克斯(lux)和輻脫(phot)，但意義不同。12/17/202218光照度：若被照面上面元dS所接收的光通量為dF，則定12/17/20221912/16/202219點光源照射一平面時所產(chǎn)生的光照度：如圖，若點光源的發(fā)光強度為I，則有：dS上光通量：照度的距離平方反比定律。12/17/202220點光源照射一平面時所產(chǎn)生的光照度：如圖，若點光源的發(fā)面光源產(chǎn)生的光照度：如圖，若面光源的亮度為B，則有：而：dS’的照度：12/17/202221面光源產(chǎn)生的光照度：如圖，若面光源的亮度為B，則有：通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：§5像的光亮度和光照度12/17/202222通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：§5像的光亮度和光照度12/16/通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：面元dS在方向d立體角內(nèi)進入系統(tǒng)的光通量：考慮面元為余弦發(fā)射體，則：12/17/202223通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：面元dS在方向d立體角內(nèi)進入系統(tǒng)的通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：面元dS在方向d立體角內(nèi)進入系統(tǒng)的光通量：考慮面元為余弦發(fā)射體，則：因為：12/17/202224通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：面元dS在方向d立體角內(nèi)進入系統(tǒng)的像的光亮度：到達像面的光通量可設(shè)為：式中k稱為系統(tǒng)的透射系數(shù)?？紤]系統(tǒng)滿足正弦條件：光學(xué)系統(tǒng)不能改變光學(xué)系統(tǒng)的光通量。12/17/202225像的光亮度：到達像面的光通量可設(shè)為：式中k稱為系統(tǒng)的像的光照度：像面上的照度為：由正弦條件得：12/17/202226像的光照度：像面上的照度為：由正弦條件得：12/16像的光照度的兩種特殊情況：1.適用電影機或幻燈機時，象距遠大于焦距；物平面總在物方焦面附近，入射孔徑角近似是一個常數(shù)。而像的照度與2成正比。2.適用照相機拍攝或眼睛觀察物體，一般物距遠大于焦距；像平面總在像方焦面附近，出射孔徑角’近似一個常數(shù)，像的照度不變。12/17/202227像的光照度的兩種特殊情況：1.適用電影機或幻燈機時設(shè)有薄透鏡系統(tǒng)，孔徑光闌和光瞳可視為透鏡本身，其直徑為D。于是：相對孔徑的倒數(shù)稱為F數(shù)，由于像的照度正比與相對孔徑的平方，而相機光圈的刻度標(biāo)記1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16……序列中，后一個數(shù)近似前一個的21/2。故照度依次減小一半。相對孔徑12/17/202228設(shè)有薄透鏡系統(tǒng)，孔徑光闌和光瞳可視為透鏡本身，其直徑主觀亮度：人眼觀察時，像的照度越大，像面積內(nèi)感光細(xì)胞上的光通量越多。故對擴展光源，規(guī)定眼睛的主觀亮度就是網(wǎng)膜上像的照度。對于點光源，網(wǎng)膜上的照度失去意義，主觀亮度由網(wǎng)膜上接收到的總光通量決定。下一節(jié)課內(nèi)容：將進入波動光學(xué)的學(xué)習(xí)……請注意回顧和預(yù)習(xí)...12/17/202229主觀亮度：人眼觀察時，像的照度越大，像面積內(nèi)感光細(xì)胞光學(xué)教程第一篇幾何光學(xué)12/17/202230光學(xué)教程第一篇幾何光學(xué)12/16/20220光度學(xué)和輻射度學(xué)研究的主要問題：光學(xué)系統(tǒng)光能傳輸?shù)膯栴}（光度學(xué)）；各種波長的輻射能計量問題（輻射度學(xué)）。特點：1.以相關(guān)概念的設(shè)立和理解為出發(fā)點；2.研究多種實際光學(xué)系統(tǒng)的光能傳送；研究多種波長的輻射能計量。12/17/202231光度學(xué)和輻射度學(xué)研究的主要問題：特點：12/16/20221輻射能通量：單位時間內(nèi)通過某面元的各種波長的總電磁輻射能稱為通過該面元的輻射能通量?！?輻射能通量視見函數(shù)和光通量設(shè)表示在波長范圍~+中的輻射能通量。有：單色輻射能通量輻射能通量的譜密度12/17/202232輻射能通量：單位時間內(nèi)通過某面元的各種波長的總電磁輻視見函數(shù)：如何比較兩種顏色線的明亮感？波長為555.0nm的光波，人眼最敏感。故：

視見函數(shù)：若某波長的光引起的明亮感覺和555.0nm的光波相同，則稱其輻射能通量之比為視見函數(shù)。12/17/202233視見函數(shù)：如何比較兩種顏色線的明亮感？波長為實線：明視覺條件下的視見函數(shù)虛線：暗視覺條件下的視見函數(shù)12/17/202234實線：明視覺條件下的視見函數(shù)12/16/20224光譜響應(yīng)曲線1.銻銫光電管；2.人眼；3.硅光電池；4.熱敏元件12/17/202235光譜響應(yīng)曲線12/16/20225明視覺視見函數(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)12/17/202236明視覺視見函數(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)12/16/20226光通量：光通量：對于波長的單色光，其輻射通量與視見函數(shù)的乘積稱為光通量；式中：輻射能通量以視見函數(shù)為權(quán)重因子。對復(fù)色光：

國際單位制中：輻射能通量的單位為瓦特(W)，光通量的單位則為流明(l)。對555nm：1瓦特＝633流明1流明＝0.00146瓦特12/17/202237光通量：光通量：對于波長的單色光，其輻射通量與視光通量：發(fā)光效率：消耗功率與發(fā)出的光通量之比，稱為發(fā)光效率；討論：可見光？全部電磁波譜？12/17/202238光通量：發(fā)光效率：消耗功率與發(fā)出的光通量之比，稱為發(fā)12/17/20223912/16/20229發(fā)光強度：為表征點光源發(fā)出的光通量的空間分布，定義點光源在某方向上單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為該方向的發(fā)光強度?！?發(fā)光強度若光源為各向同性，則：12/17/202240發(fā)光強度：為表征點光源發(fā)出的光通量的空間分布，定義點白熾燈發(fā)光強度的角分布12/17/202241白熾燈發(fā)光強度的角分布12/16/202211發(fā)光強度的單位：1979年第16屆國際計量大會規(guī)定：若光源發(fā)出的光頻率為540×1012Hz，且輻射強度為(1/683)W/sr，則其發(fā)光強度為1坎德拉(Candela)，簡稱坎(cd)。Candela為國際單位制中的7個基本單位之一，光度學(xué)中的其他單位均以之為導(dǎo)出單位。12/17/202242發(fā)光強度的單位：1979年第16屆國際計量大會規(guī)定：光出射度：面光源上單位面元所發(fā)出的總光通量為該面元所在點的光出射度?！?光出射度和光亮度光出射度的單位是勒克斯（lux），記為lx。1勒克斯＝1流明/米2；1輻脫(phot)=104lx12/17/202243光出射度：面光源上單位面元所發(fā)出的總光通量為該面元所光亮度：為描述面光源上各小面元發(fā)出的光通量的空間分布，引入光亮度，簡稱亮度。發(fā)光表面某方向的光亮度等于該方向上單位投影面積在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。12/17/202244光亮度：為描述面光源上各小面元發(fā)出的光通量的空間分布光亮度：光亮度的單位為尼特（nt），還有熙提(sb)：12/17/202245光亮度：光亮度的單位為尼特（nt），還有熙提(sb)12/17/20224612/16/202216余弦發(fā)射體：若某發(fā)光體有：即該面元在相等立體角內(nèi)發(fā)射的光通量與cos成正比，即稱該發(fā)光體為余弦發(fā)光體（朗伯面）。此時其光亮度是與方向無關(guān)的常數(shù)。12/17/202247余弦發(fā)射體：若某發(fā)光體有：即該面元在相等立體角內(nèi)發(fā)射光照度：若被照面上面元dS所接收的光通量為dF，則定義該面元上的光照度為：§4光照度平均光照度：單位也是勒克斯(lux)和輻脫(phot)，但意義不同。12/17/202248光照度：若被照面上面元dS所接收的光通量為dF，則定12/17/20224912/16/202219點光源照射一平面時所產(chǎn)生的光照度：如圖，若點光源的發(fā)光強度為I，則有：dS上光通量：照度的距離平方反比定律。12/17/202250點光源照射一平面時所產(chǎn)生的光照度：如圖，若點光源的發(fā)面光源產(chǎn)生的光照度：如圖，若面光源的亮度為B，則有：而：dS’的照度：12/17/202251面光源產(chǎn)生的光照度：如圖，若面光源的亮度為B，則有：通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：§5像的光亮度和光照度12/17/202252通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：§5像的光亮度和光照度12/16/通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：面元dS在方向d立體角內(nèi)進入系統(tǒng)的光通量：考慮面元為余弦發(fā)射體，則：12/17/202253通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：面元dS在方向d立體角內(nèi)進入系統(tǒng)的通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：面元dS在方向d立體角內(nèi)進入系統(tǒng)的光通量：考慮面元為余弦發(fā)射體，則：因為：12/17/202254通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量：面元dS在方向d立體角內(nèi)進入系統(tǒng)的像的光亮度：到達像面的光通量可設(shè)為：式中k稱為系統(tǒng)的透射系數(shù)?？紤]系統(tǒng)滿足正弦條件：光學(xué)系統(tǒng)不能改變光學(xué)系統(tǒng)的光通量。12/17/202255像的光亮度：