第六章工程光学基础PPT课件

收某一波长范围内的电磁波，并且具有 对每种波长有不同的响应度。
接受器对不同波长电磁辐射的反应程 度称为光谱响应度，对人眼来说称为视 见函数。用 V 表示。
实验表明，人眼对 0.555m的黄
光最敏感，此时 V =1。
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辐射通量与光通量
三. 光通量 1、光能：辐射能中能被人眼所感受到的一
部分能量，称为光能，用Q表示。 2、光通量：单位时间内通过某一面积并为
EdI cois ds r2
S N
d
r i
ds
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光照度和光亮度
二、面发光度 发光体单位面积上所发出的光通量，称为面
发光度。单位与照度单位相同。
M ds
当发光体是由外部照射而产生时，其照度 为E则面发光度为：
ME
为漫反射系数。
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光照度和光亮度
三、光亮度 1、定义：单位面积单位立体角内的法线方
向的光通量：
e
光源消耗1瓦特电功率所发出光通量 的流明数。
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§6－2 发光强度
一、立体角 以锥体角顶点为球心，该锥体在球表面 所截的面积与球半径平方之比，定义为 该锥体的立体角，用符号Ω表示：单位 为：球面度（sr）
ds
r2
对于整个球面， Ω=4球面度。
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发光强度
l
l r
dA
d
r
9
发光强度
二、发光强度
由： d 0 sin i di d d 0 ' sin i'di'd ' 而： ' cos i d n'2
cos i'd ' n 2
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§6－5 光能在介质分界面上及介质中的损失
一. 光能在两个透明的介质界面上的反射损失
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光度学基础
内容：辐射通量和光通量、视见函数基本概念及其单位， 发光强度、光照度和光亮度。光束经介质的亮度。光能量 在介质分界面上及介质中的损失，象面照度。 要求：掌握光通量、发光强度、光照度、光亮度视见函数 基本概念及其单位。了解光束经介质的亮度、光能量在介 质分界面上及介质中的损失。 重点：光通量、发光强度、光照度、光亮度视见函数基本 概念及其单位。 难点：基本概念与单位。
当 u 时，
2
Lsi2nd sLds
2
当面元是双面发光时
2Lds
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光照度和光亮度
将式 2Lds改写成：
L
ds
比较面发光度定义有： ML
即面发光度为亮度的倍。又因为：
M E L E L E
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§6－4 光束经介质后的亮度
i 设入射角为 ,立体角为 d 介面的面元为ds
则：
dΦ LcosidΩds
第六章 光度学基础
可见光是波长为 3.8170~7.8170 m范围的电磁辐射波。
描述电磁辐射的物理量，也可以用来描述可见光。 可见光是能对人的视觉形成刺激并能被人眼所感受
的电磁辐射，因此，人们很自然将视觉受到刺激的程 度或视觉感受来描述可见光。这种按视觉响应原则建 立起来的对可见光的能量计量的研究，称为光度学。 而对紫外、X光、红外非可见光及电磁辐射的能量计量 的研究称为辐射量度学。光度学是辐射量度学的一部 分或特例。
人眼睛所感受到的那部分辐射通量称为 光通量。用 表示。单位为流明 （lm）。 dQ
dt
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辐射通量与光通量
四ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 光通量与辐射通量的关系
V C e
C为比例系数，等于683，实质是光功当
量值。对于波长为0.555 m 的辐射，
1瓦特辐射通量等于683流明的光通量。
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辐射通量与光通量
五. 发光效率
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§6－1 辐射通量与光通量
一. 辐射通量（辐射能通量）
1. 辐射能
Qe Qe
以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量称为辐
射能，通常用
表示，单位为焦耳（J）。
2. 辐射通量
单位时间内发射、传输或接收的辐射能量称为
辐射通量，用 e 表示，单位为瓦特（W）：
dQ
e
e dt
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辐射通量与光通量
二. 视见函数 V 视觉同其他光学接收器一样，只能接
dΦ 1
L1
cosi
1
d1
ds
dΦ' L'cosi'dΩ'ds
其中L、L1、L’为入射光束，反射光束和折射光束 的亮度，d1、d' 为反射和折射光束立体角。
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光束经介质后的亮度
i 又i 1
dd1
d1 L1 cosi1 d1 ds d L cosi d ds
L1
L
称为反射系数，由能量守恒知道
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光照度和光亮度
对于上半球面i=u的光锥内所发出的光通量
为：
2 u
u
dd sL cio si i d s n 2 idL s cio si i d s n
u 00
0
若L为常数则：
2 ds ucL io ss iid n iL s2 iu n ds
u
0
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光照度和光亮度
dd1d'
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光束经介质后的亮度
把d1 d代入上式 d'（1）d
L'cois'd'ds1Lcoisdds
L' 1coisd 由折射定律和相应变换知
L
cois'd'
c co o ii'd d ss 'n n'2 2所L以 'L1n n'2 2
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光束经介质后的亮度
证明:
n sin i n' sin i' 微分得： n cos i di n' cos i'di' 相乘的： n 2 sin i cos i di n'2 sin i' cos i'di'
1m2
3、点光源照射平面时产生的光照度（照度平 方反比定律）
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光照度和光亮度
点光源S的发光强度为I，S到面元中心的距离 为r，面元法线与r的夹角为i。由立体角的定 义，面元ds对点光源S的立体角为
d dscosi r2
光源S射在面元上的光通量为：
dIdIdscois r2
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光照度和光亮度
所以，面元ds上的照度为：
L d I
coid ssd coid s
2、单位：坎德拉/平方米
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光照度和光亮度
N
ds
d
d
i N
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光照度和光亮度
四. 亮度与面发光度、照度之间的关系 发光面元ds在无限小立体角d内发出的光通
量为d，由光亮度定义有：
dLco id ss d
而 ddidsiin
d L cio si s i d n d s d i
单位立体角度内所发出的光通量称为 发光强度。单位为：坎德拉（cd）
I d
d
1 cd 1lm 1sr
如果光源是各向同性的，它在各方向的 总立体角度为4 sr则有： I
4
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§6－3 光照度和光亮度
一. 光照度
1、定义：单位面积上所受光通量的大小：‘
E d
ds
2、单位：勒克司（lx） 1lx 1lm