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1、第六章 光能及其计算 研究光学系统的辐射能量有两个方面需要 关注： 辐射能的传播方向； 传播过程中辐射能的大小。 分两个出发点： 光度学：对可见光进行计算、测量的研究 辐射度学：对电磁能进行计算、测量的研 究第一节 辐射能通量和光通量一、辐射度学 1、辐（射能）通量辐通量 ：在单位时间内通过某一面积的 辐射能量的大小称为辐射通量。单位是w （瓦）。用 表示。 2、辐射出射度 辐射源单位发射面积发出的辐通量， 通常以 表示，单位为瓦特每平方米。以电磁辐射形式发射 、传播或接收的能量3、辐射照度 辐射照射面单位受照面积上接受的辐 通量，以 表示。假定受照面的微面积 上接受的辐通量为 ，则辐照度为
2、The space contained in a closed conical surface(锥形面) of any shape is called the solid angle. 4、辐射强度 点辐射源向各方向发出辐射，在某一方向 ，在元立体角 内发出的辐通量为 ，则 辐强度为 辐射强度的单位为瓦特每球面度（W/sr） 。 The unit of the solid angle We take the top of a cone as the center of a sphere and a radius of r to draw a sphere. If the conicoid cu
3、ts an area of on the sphere and the angle is a sterad(球面度) ( sr). 5、辐射亮度 元面积为 的辐射面，在和表面法线 成 角方向，在元立体角 内发出的辐通 量为 ，则辐亮度为 单位是瓦特每球面度平方米 。 有限尺寸辐射源二、光度学 1、光通量 可见光对人眼的视觉刺激程度的量称 为光通量，单位为流明（lm）。 2、光出射度 光源单位发光面积发出的光通量，单 位为流明每平方米（ ）。 3、光照度 单位受照面积接受的光通 量，单位名称是勒克斯（ ）。 4、发光强度 点光源的发光强度等于 点光源在单位立体角内发出的光通量，单 位为坎德拉（
4、） 。 7个国际单位制基本单位之一 5、光亮度 发光面的元面积，在和发 光表面法线 成 角的方向，在元立体角 内发出的光通量为 ，则光亮度为发光 强度单位是：坎德拉每平方米三、光学量和辐射量间的关 系 1、光谱光视效率 具有相同辐通量而波长不同的可见光 分别作用于人眼，人所感受的明亮程度将 有所不同，这表明人的视觉对不同波长的 光有不同的灵敏度。人对不同波长光响应 的灵敏度是波长的函数，称之为“视见函 数”（“光谱光视效率”）。 实验表明，观察场明暗不同时，光谱光视 效率亦稍有不同 。国际照明委员会（CIE）正式推荐两种光 谱光视效率：明视觉光谱光视效率 和暗视觉光谱光视效率 2、光学量和辐射
5、量间的关系 明视觉条件下 ，光通量 和辐通量 之间的关系 表示在明视觉条件下，波长 时， 波长间隔 内， 的辐射通量引起人眼感 觉的光通量为 对于整个可见辐射范围内的总光通量 第二节光传播过程中光学量的变 化规律 这是对所有光学仪器进行光能量计算 ，进行相关设计的基础。 1、点光源在与之距离为 处的表面上形 成的照度 照度平方反比关系。 2、面光源在与之距离为 处的表面上形 成的照度 3、在同一介质的元光管中光通量和光亮 度的传递 若不考虑能量损失 光通量和光亮度不变 4、光束经界面反射和折射后的光通量和光亮度 的传递 光束经理想反射，光亮度变化，但 不变 5、余弦辐射体 发光强度空间分布可用
6、式 表示的发光表面为余弦辐射体。 余弦辐射体在各方向的光亮度相同。 余弦辐射体向平面孔径角为的立体角范围 内发出的光通量可用下式计算 If the surface of the lighted object has the same luminance(光亮度) in all directions, we call this kind of surface perfect diffusive surface(全扩散表面). This kind of surface has characteristics of cosine radiation(余 弦辐射特性).第三节 成像系统像面的光照 度
7、一、轴上像点的光照度 光学系统存在能量损失，透过率为 轴上像点照度为 轴上像点的照度与孔径角正弦的平方成正 比，和线放大率的平方成反比。 From camera lens, we have Substituting the above relation into the Eq above, we have 2) The Relative Aperture (相对 孔径)和F Number(光圈数) D/f in the Eq above is called the relative aperture(相对孔径) of the camera lens, shown by the sign of
8、A. The illuminance of the image plane of the camera lens is proportional to the square of the relative aperture.(即，照相物镜的像平面的光照 度和相对孔径的平方成比例。) 3）The method of calibration(镜圈上的 分度法) is usually to cut half of the illuminance of the image plane successively corresponding to every scale value(刻度值). Becau
9、se the illuminance of the image plane is proportional to the square of the relative aperture, the relative aperture changes with the geometric progression (等比级数). The usual scale value(刻度值) is 1:1 1:1.4 1:2 1:2.8 1:4 1:5.6 1:8 1:11 1:16 1:22 1:32 To put it simply, the scale value on the frame is not
10、 really the relative aperture, but the reciprocal(倒数的)of the relative aperture,(f/D), which is called the F number (光圈数，也称为F 数), shown as F. Therefore, the actual scale value on the frame is 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 32二、轴外像点的照度 当 较小时，有 轴外像点的光照度随视场角的增大而降低 。 出瞳直径像面到出瞳的距离 01094107800563034401710063
11、三、光通过光学系统时的能量损 失 主要原因： 透明介质折射界面的光反射 介质对光的吸收 反射面对光的透射和吸收等所造成的光能 损失 1、光在两透明介质界面上的反射损失 光垂直入射到两介质分界面时的反射率该面的反射光通量与入射光通量之比 该面的透过率 经过k个面后的透过光通量 2、介质吸收造成的光能损失 穿过厚度为1cm的玻璃后被吸收损失的光 通量百分比称为吸收率 ，以 表示。 入射时的光通量为 ，通过厚度为 厘 米的光学材料后出射的光通量 为 3、金属反射面的光能损失 设每一反射面的反射率为 ，若光学系统 中共有 个反射面 4、光学系统的总透过率 一个光学系统有 个折射面；光通过光学 元件中心厚度为 ；系统有 个反射面 。若入射光通量为 ，则出射光通量 为 光学系统的透过率
