應用光學-第六章-光能及其計算

第六章光能及其計算研究光學系統(tǒng)的輻射能量有兩個方面需要關注：輻射能的傳播方向；傳播過程中輻射能的大小。分兩個出發(fā)點：輻射度學：對電磁能進行計算、測量的研究光度學：對可見光進行計算、測量的研究第一節(jié)輻射能通量和光通量一、輻射度學1、輻（射能）通量輻通量：在單位時間內通過某一面積的輻射能量的大小稱為輻射通量。單位是w（瓦）。用表示。2、輻[射]出[射]度輻射源單位發(fā)射面積發(fā)出的輻通量，通常以表示，單位為瓦特每平方米。

以電磁輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量3、輻[射]照度輻射照射面單位受照面積上接受的輻通量，以表示。假定受照面的微面積上接受的輻通量為，則輻照度為

Thespacecontainedinaclosedconicalsurface(錐形面)ofanyshapeiscalledthesolidangle.4、輻[射]強度點輻射源向各方向發(fā)出輻射，在某一方向，在元立體角內發(fā)出的輻通量為，則輻強度為輻射強度的單位為瓦特每球面度（W/sr）。TheunitofthesolidangleWetakethetopofaconeasthecenterofasphereandaradiusofrtodrawasphere.Iftheconicoidcutsanareaofonthesphereandtheangleisasterad(球面度)(sr).5、輻[射]亮度元面積為的輻射面，在和表面法線成角方向，在元立體角內發(fā)出的輻通量為，則輻亮度為單位是瓦特每球面度平方米。有限尺寸輻射源二、光度學1、光通量輻射能中能引起人眼視覺的那一部分輻射通量，單位為流明（lm）。2、光出射度光源單位發(fā)光面積發(fā)出的光通量，單位為流明每平方米（）。

3、光照度單位受照面積接受的光通量，單位名稱是勒克斯（）。4、發(fā)光強度點光源的發(fā)光強度等于點光源在單位立體角內發(fā)出的光通量，單位為坎德拉（）。7個國際單位制基本單位之一5、光亮度發(fā)光面的元面積，在和發(fā)光表面法線成角的方向，在元立體角內發(fā)出的光通量為，則光亮度為發(fā)光強度單位是：坎德拉每平方米三、光學量和輻射量間的關系

1、光譜光視效率接收器對不同波長電磁輻射的反應程度稱為光譜響應度或光譜靈敏度。人對不同波長光響應的靈敏度，稱之為“視見函數”V(λ)（“光譜光視效率SpectralLuminousEfficiency”）。實驗表明，觀察場明暗不同時，光譜光視效率亦稍有不同。國際照明委員會（CIE）正式推薦兩種光譜光視效率：明視覺光譜光視效率和暗視覺光譜光視效率

2、光學量和輻射量間的關系明視覺條件下，光通量和輻通量之間的關系表示在明視覺條件下，波長時，波長間隔內，的輻射通量引起人眼感覺的光通量為

對于整個可見輻射范圍內的總光通量

第二節(jié)光傳播過程中光學量的變化規(guī)律

這是對所有光學儀器進行光能量計算，進行相關設計的基礎。1、點光源在與之距離為處的表面上形成的照度

照度平方反比關系。2、面光源在與之距離為處的表面上形成的照度3、在同一介質的元光管中光通量和光亮度的傳遞若不考慮能量損失光通量和光亮度不變4、光束經界面反射和折射后的光通量和光亮度的傳遞光束經理想反射，光亮度變化，但不變5、余弦輻射體發(fā)光強度空間分布可用式表示的發(fā)光表面為余弦輻射體。余弦輻射體在各方向的光亮度相同。余弦輻射體向平面孔徑角為的立體角范圍內發(fā)出的光通量可用下式計算Ifthesurfaceofthelightedobjecthasthesameluminance(光亮度)inalldirections,wecallthiskindofsurfaceperfectdiffusivesurface(全擴散表面).Thiskindofsurfacehascharacteristicsofcosineradiation(余弦輻射特性).第三節(jié)成像系統(tǒng)像面的光照度

一、軸上像點的光照度光學系統(tǒng)存在能量損失，透過率為軸上像點照度為軸上像點的照度與孔徑角正弦的平方成正比，和線放大率的平方成反比。

Fromcameralens,wehave

SubstitutingtheaboverelationintotheEqabove,wehave

2)TheRelativeAperture(相對孔徑)和FNumber(光圈數)D/f’intheEqaboveiscalledtherelativeaperture(相對孔徑)ofthecameralens,shownbythesignofA.Theilluminanceoftheimageplaneofthecameralensisproportionaltothesquareoftherelativeaperture.(即，照相物鏡的像平面的光照度和相對孔徑的平方成比例。)3）Themethodofcalibration(鏡圈上的分度法)isusuallytocuthalfoftheilluminanceoftheimageplanesuccessivelycorrespondingtoeveryscalevalue(刻度值).Becausetheilluminanceoftheimageplaneisproportionaltothesquareoftherelativeaperture,therelativeaperturechangeswiththegeometricprogression(等比級數).Theusualscalevalue(刻度值)is1:11:1.41:21:2.81:41:5.61:81:111:161:221:32Toputitsimply,thescalevalueontheframeisnotreallytherelativeaperture,butthereciprocal(倒數的)oftherelativeaperture,(f’/D),whichiscalledtheFnumber(光圈數，也稱為F數),shownasF.Therefore,theactualscalevalueontheframeis11.422.845.6811162232二、軸外像點的照度當較小時，有軸外像點的光照度隨視場角的增大而降低。出瞳直徑像面到出瞳的距離010．9410．7800．5630．3440．1710．063三、光通過光學系統(tǒng)時的能量損失主要原因：透明介質折射界面的光反射介質對光的吸收反射面對光的透射和吸收等所造成的光能損失

1、光在兩透明介質界面上的反射損失

光垂直入射到兩介質分界面時的反射率該面的反射光通量與入射光通量之比該面的透過率

經過k個面后的透過光通量

2、介質吸收造成的光能損失穿過厚度為1cm的玻璃后被吸收損失的光通量百分比稱為吸收率，以表示。