第六章光能及其計算(1).ppt

1、復(fù)習(xí),光學(xué)系統(tǒng)的景深,底片平面或觀察平面A稱為景像平面。,與景像平面A共軛的物平面A稱為對準(zhǔn)平面。,A1稱為遠(yuǎn)景，即能在景像平面A上成“清晰像”的最遠(yuǎn)平面。,A2稱為近景，即能在景像平面A上成“清晰像”的最近的物平面。,遠(yuǎn)景到對準(zhǔn)平面的距離稱為遠(yuǎn)景深度，用1表示。,近景到對準(zhǔn)平面的距離稱為近景深度，用2表示。,能在像平面上獲得“清晰像”的空間深度稱為景深，用表示。,Z1，Z2為對準(zhǔn)平面上允許的彌散斑的直徑，它們應(yīng)該是相等的；Z1， Z2為景像平面上允許的彌散斑的直徑，它們也應(yīng)該是相等的。,在A和A 共軛面上有 令 ，相對孔徑得倒數(shù)稱為“F數(shù)”?？傻?為了克服上述誤差，在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面出安

2、置孔徑 光闌，孔徑光闌的中心位于像方焦點處，它也是出瞳。入瞳 中心在物方無限遠(yuǎn)的軸上點。 這樣，刻尺前后移動時，像方出射的主光線并 沒有改變，在投影屏上的投射點B1 位置不變，從而消除了物距 變化引起的測量誤差。 物方遠(yuǎn)心光路入瞳中心在無限遠(yuǎn)軸上點所發(fā)出的同心 光束，稱為物方遠(yuǎn)心光路。,這樣的誤差可以在物方焦平面上安置孔徑光闌來消除， 孔徑光闌的中心與物方焦點重合，使出瞳中心在像方無限 遠(yuǎn)的軸上點，使軸外點的主光線在像方平行與光軸，這樣 分劃板前后移動時由于主光線中心不變，不會引起誤差。 這種光學(xué)系統(tǒng)的主光線會聚于像方無限遠(yuǎn)的軸上點， 稱為像方遠(yuǎn)心光路。,第六章 光能及其計算(1),第一節(jié) 輻

3、射能通量和光通量,研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科稱為輻射度學(xué)，研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科稱為光度學(xué)。,輻射通量是單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能量的大小，稱為該面積的輻射通量，它是單位時間的能量，是功率單位，瓦(W)和千瓦(KW)。,一般的輻射源輻射的不只是一種波長的輻射能，這時人們往往關(guān)心輻射能量對于波長的分布規(guī)律，即能量的頻譜分布。,代表輻射能通量， 代表輻射能的頻率分布。,對于從 波長之間的輻射通量為：,在整個波長范圍內(nèi)的總輻射通量則為：,研究電池輻射離不開接收系統(tǒng)。接收有各種不同的器件，如感光材料、光電倍增管、光電池、CCD器件，不同的感光材料和各種光電接收器件對于不同波長的電磁輻射有不同的靈敏度。

4、這種不同靈敏度的特性用感光特性曲線和光譜響應(yīng)曲線來表示。,人眼對各種不同波長的光有不同的靈敏度，人眼對各種波長光的靈敏度用視見函數(shù) 來表示。,對大量具有正常視力的觀察者所做的實驗表明，在明亮的環(huán)境中，人眼對波長為555nm左右的黃綠光最敏感。,設(shè)任何一種波長為 的光和 的黃綠光產(chǎn)生同樣亮暗感覺所需的輻射通量為 和 ，則：,光源表面的輻射通量中能對人眼引起視覺的那一部分通量，稱為光通量，以 表示。光通量等于輻射通量與視見函數(shù)的乘積。,波長 附近的波長間隔為 極窄的一束準(zhǔn)單色光，其光通量為：,在整個波段范圍內(nèi)光通量,光通量的單位是流明，記作 。,1瓦波長為555nm的單色輻射通量是等于683流明的

5、光通量，或者1流明波長為555nm的單色光通量相當(dāng)于1/683瓦的輻射通量。,其他波長的單色光有：,光通量的表達(dá)式：,發(fā)光效率：一個輻射體或光源發(fā)出的總的光通量與總輻射能量之比稱為發(fā)光效率，用 表示。,表示每瓦輻射通量產(chǎn)生的光通量。,因為 和 難以用函數(shù)形式表示， 用下式計算：,例如：一個100W鎢絲燈發(fā)出的總光通量為1400 ,則發(fā)光效率為 。一個40W的白色熒光燈發(fā)出的總光通量為2000 ，其發(fā)光效率為 。熒光燈的發(fā)光效率約為鎢絲燈的4倍。,第二節(jié) 發(fā)光強(qiáng)度,一個向各方發(fā)射光能量的點光源C,見圖。,以立體角頂點為球心，作一半徑為r的球面，用此立體角的邊界在球面上所截的面積ds除以半徑平方來

6、標(biāo)志立體角的大小。,立體角的單位是球面度，記作sr。,整個空間的立體角 球面度。,如果在 立體角范圍內(nèi)傳遞的光通量為 ，則：,稱為該點光源在這個方向上的發(fā)光強(qiáng)度。,對于各向同性的點光源，則：,發(fā)光強(qiáng)度的單位是坎德拉，記作Ca。,例：常用220V,40W的鎢絲燈泡，由產(chǎn)品說明中查出其發(fā)射的總光通量是480 ,求其發(fā)光效率和平均發(fā)光強(qiáng)度。,第三節(jié) 光照度和面發(fā)光度,一、光照度,我們在研究許多問題時，需要知道射在物體某一表面上的光通量有多少，受照表面的明亮程度如何，為此引入稱為光照度的物理量。,光照度E是投射在受射面上的ds面元上的總光通量 與該面元的比值。,光照度在數(shù)值上等于照射在物體單位面積上的總光通量。,對于大面積的均勻照明：,光照度的單位是勒克斯，記作 。,例1 有一各向同性的點光源，發(fā)出總的光通量為 ，求半徑為r的球面上的照度E0值。,二、面發(fā)光強(qiáng)度(光出射度),有限大小的面光源，在光源表面上有一元面積 ，它向各方向輻射光通量，若此面積元 向各方向輻射出的總光通量為 ，有：,M稱為面發(fā)光度，也稱光出射度,單位是 。,這里研究的面光源不僅僅限于實在的光源表面，也可以是自身發(fā)光的光源經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所成的像，或自身不發(fā)光而受其他光源照明后成為光源的表面。,對于后一種情況，其面發(fā)光度與該面接