應(yīng)用光學(xué)-第六章-光能及其計(jì)算

第六章光能及其計(jì)算研究光學(xué)系統(tǒng)的輻射能量有兩個(gè)方面需要關(guān)注：輻射能的傳播方向；傳播過程中輻射能的大小。分兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)：輻射度學(xué)：對(duì)電磁能進(jìn)行計(jì)算、測(cè)量的研究光度學(xué)：對(duì)可見光進(jìn)行計(jì)算、測(cè)量的研究第一節(jié)輻射能通量和光通量一、輻射度學(xué)1、輻（射能）通量輻通量：在單位時(shí)間內(nèi)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(qiáng)度點(diǎn)輻射源向各方向發(fā)出輻射，在某一方向，在元立體角內(nèi)發(fā)出的輻通量為，則輻強(qiáng)度為輻射強(qiáng)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(nèi)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(xué)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(qiáng)度點(diǎn)光源的發(fā)光強(qiáng)度等于點(diǎn)光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量，單位為坎德拉（）。7個(gè)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(nèi)發(fā)出的光通量為，則光亮度為發(fā)光強(qiáng)度單位是：坎德拉每平方米三、光學(xué)量和輻射量間的關(guān)系

1、光譜光視效率接收器對(duì)不同波長電磁輻射的反應(yīng)程度稱為光譜響應(yīng)度或光譜靈敏度。人對(duì)不同波長光響應(yīng)的靈敏度，稱之為“視見函數(shù)”V(λ)（“光譜光視效率SpectralLuminousEfficiency”）。實(shí)驗(yàn)表明，觀察場(chǎng)明暗不同時(shí)，光譜光視效率亦稍有不同。國際照明委員會(huì)（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(xué)量和輻射量間的關(guān)系明視覺條件下，光通量和輻通量之間的關(guān)系表示在明視覺條件下，波長時(shí)，波長間隔內(nèi)，的輻射通量引起人眼感覺的光通量為

對(duì)于整個(gè)可見輻射范圍內(nèi)的總光通量

第二節(jié)光傳播過程中光學(xué)量的變化規(guī)律

這是對(duì)所有光學(xué)儀器進(jìn)行光能量計(jì)算，進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。1、點(diǎn)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(guān)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(zhì)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(jīng)界面反射和折射后的光通量和光亮度的傳遞光束經(jīng)理想反射，光亮度變化，但不變5、余弦輻射體發(fā)光強(qiáng)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(nèi)發(fā)出的光通量可用下式計(jì)算Ifthesurfaceofthelightedobjecthasthesameluminance(光亮度)inalldirections,wecallthiskindofsurfaceperfectdiffusivesurface(全擴(kuò)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(diǎn)的光照度光學(xué)系統(tǒng)存在能量損失，透過率為軸上像點(diǎn)照度為軸上像點(diǎn)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(duì)孔徑)和FNumber(光圈數(shù))D/f’intheEqaboveiscalledtherelativeaperture(相對(duì)孔徑)ofthecameralens,shownbythesignofA.Theilluminanceoftheimageplaneofthecameralensisproportionaltothesquareoftherelativeaperture.(即，照相物鏡的像平面的光照度和相對(duì)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(jí)數(shù)).Theusualscalevalue(刻度值)is1:11:1.41:21:2.81:41:5.61:81:111:161:221:32Toputitsimply,thescalevalueontheframeisnotreallytherelativeaperture,butthereciprocal(倒數(shù)的)oftherelativeaperture,(f’/D),whichiscalledtheFnumber(光圈數(shù)，也稱為F數(shù)),shownasF.Therefore,theactualscalevalueontheframeis11.422.845.6811162232二、軸外像點(diǎn)的照度當(dāng)較小時(shí)，有軸外像點(diǎn)的光照度隨視場(chǎng)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(xué)系統(tǒng)時(shí)的能量損失主要原因：透明介質(zhì)折射界面的光反射介質(zhì)對(duì)光的吸收反射面對(duì)光的透射和吸收等所造成的光能損失

1、光在兩透明介質(zhì)界面上的反射損失

光垂直入射到兩介質(zhì)分界面時(shí)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(jīng)過k個(gè)面后的透過光通量

2、介質(zhì)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。