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1、第第5章章 光度学基础光度学基础5-1 5-1 辐射量和光学量及其单位辐射量和光学量及其单位5-2 5-2 光传播过程中光学量的变化规律光传播过程中光学量的变化规律5-3 5-3 成像系统像面的光照度成像系统像面的光照度1第五章第五章光度学基础光度学基础一、辐射量一、辐射量1、辐射能、辐射能Qe以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量。以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量。焦焦 耳耳（J）2、辐、辐射能射能通量通量F Fe单位时间内发射、传输或接收的辐射能。单位时间内发射、传输或接收的辐射能。瓦瓦特特（W）5-1 5-1 辐射量和光学量及其单位辐射量和光学量及其单位光度学基础光度学基础23、辐、辐
2、射射出出射射度度Me辐射源单位发射面积发出的辐通量辐射源单位发射面积发出的辐通量辐射源的辐射源的辐出度辐出度（W/m2）4、辐射照度、辐射照度Ee辐射照射面单位受照面积上接收的辐通量辐射照射面单位受照面积上接收的辐通量受受照面的辐照度。照面的辐照度。（W/m2）光度学基础光度学基础35、辐、辐射射强度强度Ie点辐射源向各方向发出辐射，在某一方向，在元点辐射源向各方向发出辐射，在某一方向，在元立体角立体角d 内发出的辐通量为内发出的辐通量为dF Fe，则，则Ie为：为：光度学基础光度学基础（W/sr）46、辐、辐射射亮度亮度Le元面积为元面积为dA的辐射面，的辐射面，在和表面法线在和表面法线N成
3、成q q角方向，角方向，在元立体角在元立体角d 内发出的辐内发出的辐通量为通量为dF Fe，则辐亮度，则辐亮度Le为：为：（W/srm2）5二、光学量二、光学量1、光通量、光通量F Fv流流 明明（lm）标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。2、光出射度、光出射度Mv流流 明明每平方米（每平方米（lm/m2）光源单位发光面积发出的光通量光源单位发光面积发出的光通量光源的光出光源的光出射度射度3、光照度、光照度Ev勒勒 克斯克斯（lx）1lx1lm/m2 单位受照面积接受的光通量单位受照面积接受的光通量光照面的光照度。光照面的光照度。光度学基础光度学基础64、发
4、光强度、发光强度Iv坎坎 德拉德拉（cd）点辐射源向各方向发出可见光，在某一方向，点辐射源向各方向发出可见光，在某一方向，在元立体角在元立体角d 内发出的光通量为内发出的光通量为dF Fv，则点光源在该，则点光源在该方向上的方向上的发光强度发光强度Iv为：为：5、光亮度、光亮度Lv坎坎 德拉德拉 每平方米（每平方米（cd/m2）单位受照面积接受的光通量单位受照面积接受的光通量光照面的光照度。光照面的光照度。光度学基础光度学基础7三、光学量和辐射量之间的关系三、光学量和辐射量之间的关系（一）光谱光效率函数（一）光谱光效率函数人眼人眼可见光探测器可见光探测器输入：辐射量度量的可见光辐射输入：辐射量
5、度量的可见光辐射输出：光学量表示的光感受输出：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光谱光效率函数V(l l)：明视觉：明视觉555nm555nmV(l l)：暗视觉：暗视觉507nm光度学基础光度学基础380500555780V()(nm(nm)明亮明亮黑暗黑暗黄绿黄绿兰青兰青红红1人眼的光谱响应特征人眼的光谱响应特征V(l l)V(l l)8（二）光学量和辐射量之间的关系（二）光学量和辐射量之间的关系 d dl l内内：明视觉：明视觉：d dF Fv
6、 v(l l)=)=K Km mV(V(l l)F Fe e(l l)d)dl l 暗视觉：暗视觉：dF Fv(l l)=K Km mV V(l l)F Fe(l l)dl l 整个可见范围内整个可见范围内：明视觉：明视觉：暗视觉：暗视觉：光度学基础光度学基础9一、点光源在与之距离为一、点光源在与之距离为r r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度5-2 5-2 光传播过程中光学量的变化规律光传播过程中光学量的变化规律d q qdAcosq qdArS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成反比照度平方反比定律。照度平方
7、反比定律。光度学基础光度学基础结论结论10二、面光源在与之距离为二、面光源在与之距离为r r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度光度学基础光度学基础q q1q q2dAdAsrN2N111三、单一介质元光管内光亮度的传递三、单一介质元光管内光亮度的传递光度学基础光度学基础q q1q q2dA2dA1rd 2d 1N1N2光在元光管内传播，光束亮度不变光在元光管内传播，光束亮度不变结论结论12光度学基础光度学基础四、光束经界面反射和折射后的亮度四、光束经界面反射和折射后的亮度反射反射折射折射透明介质的界面反射比透明介质的界面反射比r r很小，所以反射光束的亮度很低。很小，所以反射光束的亮度很
8、低。对反射光束：结论结论13光度学基础光度学基础对折射光束：nsini=nsini 两边微分两边微分14五、余弦辐射体五、余弦辐射体光度学基础光度学基础q qINIq qdAq qINIq qdA漫反射光漫反射光入射光入射光漫反射面漫反射面(硫酸钡硫酸钡)q qINIq qdA入射光入射光漫透射光漫透射光乳白玻璃乳白玻璃余弦辐射体在各方向的光亮度相同。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、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、投射或反射体：漫投射体、漫反射体1553 成像系统像面的光照度成像系统像面的光照度光度学基础光度学基础一、轴上
9、像点的光照度一、轴上像点的光照度成像光学系统成像光学系统16光度学基础光度学基础二、轴外像点的光照度二、轴外像点的光照度DMA像面像面出瞳出瞳l0w wUw w当当U UM M 较小时：较小时：轴外像点的光照度随视场角轴外像点的光照度随视场角w w增大而降低。增大而降低。表明表明w w0100200300400500600EM/E010.9410.7800.5630.3440.1710.06317光度学基础光度学基础三、光通过光学系统时的能量损失三、光通过光学系统时的能量损失1 1、透射界面的反射损失、透射界面的反射损失此时，反射光能损失和界面两边介质的折射率有关。两边折射此时，反射光能损失和
10、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。率相差越大，反射损失越大。n=1.5,r r=0.04 n=1.6,r r=0.05双胶合：双胶合：r r=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，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。降低像的对比度。当光垂直入射或入射角很小时，当光垂直入射或入射角很小时，反射比：反射比：18光度学基础光度学基础2 2、光学材料对光能的吸收造成的损失、光学材料对光能的吸收造成的损失3 3、反射界面的透射和吸收造成的损失、反射界面的透射和吸收造成的损失镀银反射面：镀银反射面：r r0.950.95镀铝反射面：镀铝反射面：r r0.85 0.85 棱镜全反射面棱镜全反射面：r r1119