第六工程光學(xué)基礎(chǔ)第1頁，共33頁。優(yōu)選第六工程光學(xué)基礎(chǔ)第2頁，共33頁?！?－1輻射通量與光通量一.輻射通量（輻射能通量）

1.輻射能以電磁輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的能量稱為輻射能，通常用表示，單位為焦耳（J）。2.輻射通量

單位時間內(nèi)發(fā)射、傳輸或接收的輻射能量稱為輻射通量，用表示，單位為瓦特（W）：第3頁，共33頁。輻射通量與光通量二.視見函數(shù)

視覺同其他光學(xué)接收器一樣，只能接收某一波長范圍內(nèi)的電磁波，并且具有對每種波長有不同的響應(yīng)度。接受器對不同波長電磁輻射的反應(yīng)程度稱為光譜響應(yīng)度，對人眼來說稱為視見函數(shù)。用表示。實(shí)驗(yàn)表明，人眼對的黃光最敏感，此時=1。第4頁，共33頁。輻射通量與光通量三.光通量1、光能：輻射能中能被人眼所感受到的一部分能量，稱為光能，用Q表示。2、光通量：單位時間內(nèi)通過某一面積并為人眼睛所感受到的那部分輻射通量稱為光通量。用表示。單位為流明（lm）。第5頁，共33頁。輻射通量與光通量四.光通量與輻射通量的關(guān)系

C為比例系數(shù)，等于683，實(shí)質(zhì)是光功當(dāng)量值。對于波長為0.555的輻射，1瓦特輻射通量等于683流明的光通量。第6頁，共33頁。輻射通量與光通量五.發(fā)光效率

光源消耗1瓦特電功率所發(fā)出光通量的流明數(shù)。第7頁，共33頁。§6－2發(fā)光強(qiáng)度

一、立體角以錐體角頂點(diǎn)為球心，該錐體在球表面所截的面積與球半徑平方之比，定義為該錐體的立體角，用符號?表示：單位為：球面度（sr）

對于整個球面，?=4

球面度。第8頁，共33頁。發(fā)光強(qiáng)度第9頁，共33頁。發(fā)光強(qiáng)度二、發(fā)光強(qiáng)度單位立體角度內(nèi)所發(fā)出的光通量稱為發(fā)光強(qiáng)度。單位為：坎德拉（cd）如果光源是各向同性的，它在各方向的總立體角度為4sr則有：1第10頁，共33頁。§6－3光照度和光亮度

一.光照度1、定義：單位面積上所受光通量的大小：‘2、單位：勒克司（lx）

3、點(diǎn)光源照射平面時產(chǎn)生的光照度（照度平方反比定律）第11頁，共33頁。光照度和光亮度點(diǎn)光源S的發(fā)光強(qiáng)度為I，S到面元中心的距離為r，面元法線與r的夾角為i。由立體角的定義，面元ds對點(diǎn)光源S的立體角為光源S射在面元上的光通量為：第12頁，共33頁。光照度和光亮度

所以，面元ds上的照度為：Sd

dsNri第13頁，共33頁。光照度和光亮度

二、面發(fā)光度發(fā)光體單位面積上所發(fā)出的光通量，稱為面發(fā)光度。單位與照度單位相同。當(dāng)發(fā)光體是由外部照射而產(chǎn)生時，其照度為E則面發(fā)光度為：為漫反射系數(shù)。

第14頁，共33頁。光照度和光亮度

三、光亮度1、定義：單位面積單位立體角內(nèi)的法線方向的光通量：2、單位：坎德拉/平方米第15頁，共33頁。光照度和光亮度

NNd

d

ids第16頁，共33頁。光照度和光亮度

四.亮度與面發(fā)光度、照度之間的關(guān)系發(fā)光面元ds在無限小立體角d

內(nèi)發(fā)出的光通量為d，由光亮度定義有：而第17頁，共33頁。光照度和光亮度對于上半球面i=u的光錐內(nèi)所發(fā)出的光通量為：若L為常數(shù)則：第18頁，共33頁。光照度和光亮度

當(dāng)時，當(dāng)面元是雙面發(fā)光時第19頁，共33頁。光照度和光亮度將式改寫成：比較面發(fā)光度定義有：即面發(fā)光度為亮度的倍。又因?yàn)椋旱?0頁，共33頁。

§6－4光束經(jīng)介質(zhì)后的亮度

設(shè)入射角為,立體角為介面的面元為ds則：其中L、L1、L’為入射光束，反射光束和折射光束的亮度，為反射和折射光束立體角。第21頁，共33頁。光束經(jīng)介質(zhì)后的亮度又稱為反射系數(shù)，由能量守恒知道第22頁，共33頁。光束經(jīng)介質(zhì)后的亮度由折射定律和相應(yīng)變換知

第23頁，共33頁。光束經(jīng)介質(zhì)后的亮度證明:第24頁，共33頁。§6－5光能在介質(zhì)分界面上及介質(zhì)中的損失

光能在兩個透明的介質(zhì)界面上的反射損失由物理學(xué)知道：反射系數(shù)公式為：分別為入射角和折射角,當(dāng)垂直入射或入射角度很小時有第25頁，共33頁。光能在介質(zhì)分界面上及介質(zhì)中的損失結(jié)論：1、反射系數(shù)與光線的走向無關(guān)，僅與折射率有關(guān)。2、當(dāng)光線與折射角較大時反射系數(shù)要用5-1式。3、通過采用增透膜進(jìn)行降低反射損失。第26頁，共33頁。光能在介質(zhì)分界面上及介質(zhì)中的損失二、光能在介質(zhì)吸收中的損失設(shè)入射光通量為，通過dl薄介質(zhì)，被吸收的光通量為d，它與成正比則有：積分后得到經(jīng)過l厚度后的光通量：第27頁，共33頁。光能在介質(zhì)分界面上及介質(zhì)中的損失

令P=e-k，它表示光通過單位厚度1cm介質(zhì)時出射光通量與入射光通量之比，P稱為介質(zhì)透明率。所以有：介質(zhì)吸收造成的光通量損失為：

稱為介質(zhì)吸收系數(shù)

第28頁，共33頁。光能在介質(zhì)分界面上及介質(zhì)中的損失

三、光能損失計(jì)算通過前面分析可推出，當(dāng)光通量為

0的光線通過透鏡后的出射光通量為：其中：為反射系數(shù)P為透明系數(shù)，推廣到K個鏡片后有：第29頁，共33頁。光能在介質(zhì)分界面上及介質(zhì)中的損失

設(shè)則

稱為光學(xué)系統(tǒng)透射系數(shù)對應(yīng)亮度關(guān)系為：L為出射的亮度；L0為入射的亮度n’k為象面折射率；n為物面折射率第30頁，共33頁?！?－6象面照度一、軸上點(diǎn)線的照度由