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1、13 光亮度和光照度,报告人：周远,回顾： 光度学的基本单位,1.发光强度,辐射强度,单位：坎德拉，cd,I是光度学中的最基本量，描述了发光体在不同方向上的发光特性 ；坎德拉是光度学中最基本单位，是7个国际基本计量单位之一。,1cd =1lm/sr,2.光通量,辐射通量,单位：,对于包含整个波长范围的辐射体：,光谱光视效能,3. 发光体的发光效率K：,“光视效能”,单位为,物理意义是辐射体消耗1W功率所发出的流明数,回顾： 光度学的基本单位,回顾： 光度学的基本单位,5. 光照度E：当某一表面被发光体照明，被照明表面A单位面积接收的光通量。,4. 光出射度M：发光体表面单位面积内所发出的光通量
2、。,与辐出射度Me对应.,单位：勒克斯，,与辐照度Ee对应.,6. 光亮度L前面所讲的概念并不能表示发光面不同方向的发光特性。用光亮度来表示发光表面不同位置和不同方向的发光特性。在该方向上单位投影面积的发光强度。,回顾： 光度学的基本单位,L表示发光面上A点处在AO方向上的发光特性光亮度等于发光表面上某点周围的微面在给定方向上的发光强度除以该微面在垂直于给定方向的投影面积光亮度L与辐射度学中的辐亮度相对应。光亮度的单位为坎（德拉）/米2（cd/m2）光亮度表示发光面上单位投影面积在单位立体角内所发出的光通量,例题1,有一均匀磨砂球形灯，它的直径为17cm，光通量为2000lm，求该球形灯的光亮
3、度。,灯的发光强度：,1. 光照度公式,假设一点光源A照射一个面元dS，距离为l，面元法线与照明方向成 角。,光照度与照明方向上的发光强度成正比，与距离的平方成反比。,用光照度公式测光源发光强度,调节待测光源的远近,直到看到两个表面的光亮度相等,2. 余弦辐射体,大多数均匀发光的物体，各方向上的光亮度近似一致，称为余弦辐射体。,发光强度余弦定律,余弦辐射体面元发出的光通量,若知道：L, dS, 求半顶角u的圆锥内辐射的光通量。,余弦辐射体面元发出的光通量,若知道：L, dS, 求半顶角u的圆锥内辐射的光通量。,例4. 一个钨丝充气灯泡的功率为300W，发光效率为20lm/W，灯丝尺寸为88.5
4、mm2，如图。双面发光，求在灯丝面内的平均光亮度。,解：钨丝充气灯可认为是一个余弦辐射体。双面发光,例题2.,直径20mm的标准白板（余弦辐射体），在与板面法线成300方向上测得发光强度为1cd，求：（1）标准白板在与法线成600角的方向上发光强度；（2）白板的光亮度；（3）白板在半顶角u=150的圆锥内辐射出的光通量；（4）白板辐射总光通量。,解：标准白板是余弦辐射体，各方向的光亮度相等。,单面发光：,3、全扩散表面的光亮度,有些是发光的，比如太阳、电灯、火焰等有些本身不发光，靠反射光进入人眼。不发光物体表面的光亮度？,全扩散表面：被照明物体表面在各方向的光亮度相同,具有余弦辐射特性,余弦辐
5、射单面：,当光照度E一定时，反射系数越大，光亮度越大。,的灯垂直照墙，距离为3m，墙漫反射系数为0.7，求墙面的光照度和光亮度。,例题2,墙可看做全扩散表面,4. 光学系统中光束的光亮度,光在光学系统中传播时，无非是三类过程：光在介质中的传播、介质表面折射、介质表面反射。,1. 光在均匀透明介质中传播,1,A,2,A,求进入dS2的光通量：,求从dS2出来的光通量：,在均匀透明介质中，如不考虑光能损失，同一光线上各点在光的传播方向上光亮度不变。,4. 光学系统中光束的光亮度,2. 光在介质界面上的折射,分析上面射入的光通量,分析从下面射出的光通量,4. 光学系统中光束的光亮度,2. 光在介质界
6、面上的折射,分析上面射入的光通量,分析从下面射出的光通量,3. 光在介质界面上的折射,n1=n2时，即光在同种介质传播时：,4. 光学系统中光束的光亮度,光在均匀介质中传播，界面上的反射都可看做是界面折射的特例，整个光学系统光亮度的普适关系式：,不论光学系统经过多少次折射、反射或均匀介质传播，这个式子恒成立。,如果不考虑光能损失，系统中同一条光线上各点的折合光亮度不变。,理想成像时，轴上像光亮度与物光亮度关系：,实际成像时，考虑光能损失：,为光学系统的透过率,5. 像平面的光照度,1. 轴上像点的光照度,5. 像平面的光照度,假设轴外和轴向光束都填满出瞳，即无渐晕。出瞳相当与一发光面。,2.
7、轴外像点的光照度,轴上点：,系统无渐晕时,若系统有渐晕：,例题3,用一投影物镜将荧光屏上的图像放大20倍成像在屏幕上，如图。假定物镜焦距f=150mm，相对孔径D/f=1:1，透过率=0.8，要求屏幕中心光照度不小于30lx，求荧光屏的光亮度多大？,第一题：一支功率为5mW的氦氖激光器，发光效率为152lm/W，发光面直径1mm，发散角（光束半顶角）为0.001弧度，求： （1）激光器发出的总光通量； （2）发光强度； （3）激光器发光面的光亮度； （4）激光束在5m远处屏幕上产生的光照度。,家庭作业,第二题：有一广角照相物镜，视场角2=1000，视场中心的光照度为40lx，求边缘视场光照度（系统物渐晕）。,第三题：如图，发光强度为50cd的灯泡P照明直径10cm的漫反射面O，其它条件标注在图中。求漫反射面上的光照度。假定被照射表面漫反射系数为0.8，且各方向光亮度相等（为全扩散表面），求光亮度及OA方向的发光强度。,
