辐射度学与光度学基础ppt课件.ppt

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1、辐射度学与光度学基础4πr2（点源的辐射强度）（面源的辐射强度）60×15=900lm［例］采用功率为250W、发光效率为30lm/W的卤钨灯作为光源，通过一个焦距与口径均为100mm的聚光镜去照明前方12m处的圆屏，屏的直径为2m，求聚光后的发光强度以及圆屏上的平均光照度。若用该卤钨灯直接照射该屏，其平均光照度应为多大？（假定该卤钨灯可视为各向均匀发光的点光源）解：该照明系统如图所示。（1）计算确定光源的位置光源的位置应使它发出的光束（光锥角为u）经聚光镜后（光锥角为u′），恰能在聚光镜前方12m处生成直径为2m的圆面积。根据给定条件，可求出聚光镜的像方光锥

2、角u′：由高斯公式由上述光束变换分析，可求得灯泡A的位置：（2）求光源经聚光镜成像前后的照明立体角由孔径角与立体角之间的转换式，可求光源A对聚光镜构成的立体角为光源像A′对圆屏所构成的立体角为u′（3）计算光源在聚光镜前后的发光强度卤钨灯发出的总光通量为假定卤钨灯可近似视为各向均匀发光的点光源，它在聚光镜前的发光强度为光源发出的总光通量中能通过聚光镜的部分为忽略经聚光镜的光能损失，即经聚光镜后光束的立体角变为ω′，但光通量不变，应有因而可求出经聚光镜后的发光强度为计算表明，光源经聚光镜后，虽光通量未变，但由于ω′大大减小，光能重新分配，故I′大大增强。（4）计

3、算被照圆屏上的平均照度被照明的圆面积为：圆面积上的平均光照度为（5）对比光源直接照明圆屏（不加聚光镜）的效果：光源对圆屏所构成的光锥角α为对应的立体角为被照圆屏上所接受的光通量为圆屏上的平均照度为：上述计算与比较表明，在照明系统中加入聚光镜后，可使被照明平面上的照度得到显著提高（本例照度增强近40倍），因而体现了照明系统中聚光镜的重要作用。余弦辐射体6.7光学系统中光通量与光亮度的传递1、在介绍光度学基本概念的基础上，研究光学系统中光能的传递与变化规律。2、光学系统可以视为光能的传递系统，我们除关心最终像面处（或接收器处）的光能情况外，还常常关心光学系统中间过

4、程光能的传递规律。3、光能在光学系统中的传递与变化规律，可以通过两个量来表征，即光通量与光亮度。4、光通量的传递规律比较简单。如果不存在传递过程中的拦光、吸收、反射等损失，则由能量守恒定律可知，从系统出射的光通量应等于进入系统的光通量，即在传递过程中，光通量应保持不变；5、如果存在损失，令透过系统数为τ，则应有Φ′=τΦ。有关光能在光学系统传递过程中的损失计算，将在下一节中介绍。以下主要讨论光亮度在光学系统中的传递情况，按光束在均匀透明介质中的传播与在两种介质分界面上的折射和反射三种情况分别加以研究。6.7.1光束在均匀透明的同种介质中的传播注意：光束在同种均

5、匀透明介质传播过程中的亮度变化规律，可借助于元光管概念来研究。１．单一无损介质中光束光亮度的传递）如图：1）假设任意两个微面元ｄＳ１、ｄＳ２，两面元之间的距离为ｒ，2）面元各自法线方向与ｒ之间的夹角分别为ｉ１、ｉ２，3）ｄＳ１上的光亮度为Ｌ１，ｄＳ２上的光亮度为Ｌ２，4）ｄＳ２对ｄＳ１所张的立体角为ｄΩ１，ｄＳ１对ｄＳ２所张的立体角为ｄΩ２。5）若光能量在传递过程中没有光能损失（不考虑介质吸收、散射等因素），即ｄＳ１发出的光能量全部传递到ｄＳ２上（或ｄＳ２发出的光能量全部传递到ｄＳ１上），6）则由ｄＳ１辐射出的到达ｄＳ２上的所有光通量为相应地由ｄＳ２辐射出的到

6、达ｄＳ１上的所有光通量为由于光传递过程中能量是守恒的，故ｄΦ１＝ｄΦ２，相应得到２．不同介质分界面上光亮度的传递一束光射向两个不同透明介质ｎ、ｎ′分界面上时将同时发生反射和折射，各参量如下图所示，若不考虑介质吸收及散射，则入射光能ｄΦ＝反射光能ｄΦ″＋折射光能ｄΦ′投射在介质分界面上的微面元之上。以入射角ｉ投射在介质分界面上的微面元ｄＳ之上，反射角、折射角分别用ｉ″、ｉ′表示，设入射光、反射光、折射光的光亮度分别为Ｌ、Ｌ″、Ｌ′，各自所对应的立体角分别为ｄΩ、ｄΩ″、ｄΩ′，则根据立体角公式有入射光、反射光及折射光的光通量分别为１）反射光的光亮度传递）根据反射

7、定律ｉ＝ｉ″，故ｓｉｎｉ＝ｓｉｎｉ″，ｃｏｓｉ＝ｃｏｓｉ″，ｄｉ＝ｄｉ″，由上边式子可得ｄΩ＝ｄΩ″，则ρ为ｎ、ｎ′介质分界面上的反射率，故有即反射光光亮度等于入射光光亮度与介质分界面的反射率之积。２）折射光的光亮度传递对折射定律公式两边进行微分有将折射定律ｎｓｉｎｉ＝ｎ′ｓｉｎｉ′与微分式相乘，有进一步整理得到又由于ｄΦ′＝ｄΦ－ｄΦ″，则透射率表明，折射光束的光亮度与介质分界面的透射率及两边介质的折射率有关。若折射前后光能没有损失即ρ＝０，τ＝１，则式又可以转化为即折射前后光亮度虽然发生改变，但是值保持不变。6.8光学系统的光能损失任何一个实际的光学系统都

8、不可能完全透明，射入系统的光能量Φ永远