工程光学基础第5章光度学和色度学基础

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1、光度学和色度学基础光度学和色度学基础n5.1 光度学和色度学基础n5.2 成像系统像面的光照度 n5.3 像差理论第5章 光度学和色度学基础5.1 光度学和色度学基础光度学和色度学基础辐射量：纯粹的描述电磁辐射的物理量；辐射量：纯粹的描述电磁辐射的物理量；光学量：视觉感受来度量可见光。光学量：视觉感受来度量可见光。一一.辐射量（辐射量（E）1. 辐射能辐射能: 反射、传输、接收的能量，单位焦耳。（反射、传输、接收的能量，单位焦耳。（J ） 2. 辐通量：辐通量：单位时间内的辐射能，单位瓦特。单位时间内的辐射能，单位瓦特。 （W） eQdtdQeedAdMee3. 辐出度：辐出度：辐射源单位发射

2、面积发出的辐通量。（辐射源单位发射面积发出的辐通量。（W/m2)4. 辐照度：辐照度：辐射照射面单位受照面积上接收的辐辐射照射面单位受照面积上接收的辐通量。通量。 （W/m2)5. 辐强度：辐强度：点辐射源在单位立体角发出的辐通量。点辐射源在单位立体角发出的辐通量。 （W/sr）6.辐亮度：辐亮度： 发光源的元面积在发光源的元面积在 方向的辐亮度为方向的辐亮度为该辐射面在垂直于该方向的平面上的单位投影该辐射面在垂直于该方向的平面上的单位投影面积在单位面积在单位 立体角内发出的辐通量。立体角内发出的辐通量。(W/(Srm2)dAdEeeddIeedAddLeecos二二. 光学量光学量与辐射量相

3、对应，有以下的光学量（下标与辐射量相对应，有以下的光学量（下标V）1.光通量；光通量；单位单位流明流明(lm)；对人眼刺激程度；对人眼刺激程度2.光出射度光出射度(lm/m2) ；3.光照度光照度(1 lx = 1 lm/m2) ；4.发光强度发光强度(1 cd = 1 lm/sr) ；5.光亮度光亮度(cd/m2) 。发光强度的单位为发光强度的单位为坎德拉，坎德拉，是国际单位制七个是国际单位制七个基本量之一，规定为：基本量之一，规定为：一个光源发出频率为一个光源发出频率为540*1012Hz的单色光，在一定方向的辐射强度的单色光，在一定方向的辐射强度为：为：1/683W/sr, 则该方向上的

4、发光强度为则该方向上的发光强度为1坎。坎。 发光强度为发光强度为1坎的匀强点光源，在单位立体角内坎的匀强点光源，在单位立体角内发出的光通量为发出的光通量为1流明（流明（lm）。）。光 源 名 称亮 度 （cd/m2）在地球上看到的太阳普通电弧太阳照射下漫射的白色表面钨丝白炽灯灯丝在地球上看到的月亮表面人工照明下书写阅读时的纸面白天的晴朗天空超高压气体放电灯15108151073104(5001500)1042510210510325108表表1 常见发光体表面光亮度的近似值常见发光体表面光亮度的近似值 被 照 表 面照 度 （lx）无月夜间在地面上生产的照度满月在天定时对地面产生的照度辨认方向

5、所需要的照度办公室工作所必需的照度晴朗夏日采光良好时室内照度太阳直射的照度310-40.2120100100500105表表2 常见受照物体表面光照度值常见受照物体表面光照度值三三. 光学量和辐射量间的关系光学量和辐射量间的关系1. 光谱光效率函数光谱光效率函数光学量和辐射量间的关系取决于人眼的视觉特性。光学量和辐射量间的关系取决于人眼的视觉特性。人眼对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数人眼对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数：明视觉光谱光效率函数明视觉光谱光效率函数 的峰值的峰值 = 5.5510-7m暗视觉光谱光效率函数暗视觉光谱光效率函数 的峰值的峰值 = 5.0710-7m)(V)(V

6、2. 光学量和辐射量间的关系光学量和辐射量间的关系wlmKwlmKdVKddVKdmmemvemv/1755/683)()()()()()(暗视觉条件下：明视觉条件下：在很小的波长范围内：在很小的波长范围内：波 长(nm)V()V()波 长(nm)V()V()3800.000040.0005895900.75700.06553900.000120.0020296000.63100.033154000.00040.009296100.50300.015934100.00120.034846200.38100.00744200.00400.09666300.26500.003344300.0116

7、0.19986400.17500.00154400.0230.32816500.10700.000684500.0380.45506600.06100.0003134600.0600.56706700.03200.0001484700.0910.67606800.01700.0000724800.1390.7936900.00820.0000354900.2080.9047000.00410.0000185000.3230.9827100.00210.0000095100.5030.9977200.001050.00000485200.7100.9357300.000520.000002653

8、00.8620.8117400.000250.00000145400.9540.6507500.000120.000000765500.9950.4817600.000060.000000435600.9950.32887700.000030.000000245700.9520.20767800.0000150.000000145800.8700.1212在整个可见光谱范围内：在整个可见光谱范围内：dVKdVKemvemv)()()()(780380780380暗视觉：明视觉：四四 、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1. 点光源在与之距离为点光源在与之距离为r处的表面形

9、成的照度处的表面形成的照度为发光强度IrIEcos2点光源在被照表面形成的照度与被照面到点光源在被照表面形成的照度与被照面到光源距离的平方成反比光源距离的平方成反比照度平方反比定律。照度平方反比定律。dAdE2cosrdAdIdd2cosrdAId2. 面光源在与之距离为面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度221coscosrLdAdAdEs3. 单一介质元光管内光亮度的传递单一介质元光管内光亮度的传递 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间，就是一个空间，就是一个元光管元光管。 光在元光管传播，无光能损失。光在元光管传播，无光

10、能损失。2121211222222211111111coscoscoscoscosLLddrdAdALdrdAdALddALd同理：所以，光在元光管内传播，各截面上的光亮度相同所以，光在元光管内传播，各截面上的光亮度相同4. 余弦辐射体余弦辐射体发光强度空间分布可用发光强度空间分布可用下式表示的发光表面：下式表示的发光表面：cosNII 余弦辐射体在各方向的余弦辐射体在各方向的光亮度相同：光亮度相同：常数dAIdAIdAILNNcoscoscos余弦辐射体可能是发光面，也可能是投射或反射体余弦辐射体可能是发光面，也可能是投射或反射体乳白玻璃乳白玻璃漫反射面漫反射面余弦辐射体向平面孔径角为余弦辐

11、射体向平面孔径角为U的立体角范围内的立体角范围内发出的光通量：发出的光通量：)2(,2/sincossin2200通量立体角空间发出的总光余弦辐射体向时当LdAUULdAddLdAU余弦辐射体的光出射度为余弦辐射体的光出射度为：LdAM第第二二节节 成像系统像面的光照度成像系统像面的光照度一一. 轴上像点的光照度轴上像点的光照度ULnnULEUnUnAddAULdAUAdLULdA222222222sinsin1sinsin1sinsinsin所以：为透射比，则：设轴上像点的照度与孔径角轴上像点的照度与孔径角正弦的平方成正比，与线正弦的平方成正比，与线放大率的平方成反比放大率的平方成反比。轴上