第六章光能及其计算(1).ppt

1、复习,光学系统的景深,底片平面或观察平面A称为景像平面。,与景像平面A共轭的物平面A称为对准平面。,A1称为远景，即能在景像平面A上成“清晰像”的最远平面。,A2称为近景，即能在景像平面A上成“清晰像”的最近的物平面。,远景到对准平面的距离称为远景深度，用1表示。,近景到对准平面的距离称为近景深度，用2表示。,能在像平面上获得“清晰像”的空间深度称为景深，用表示。,Z1，Z2为对准平面上允许的弥散斑的直径，它们应该是相等的；Z1， Z2为景像平面上允许的弥散斑的直径，它们也应该是相等的。,在A和A 共轭面上有 令 ，相对孔径得倒数称为“F数”。可得,为了克服上述误差，在光学系统的像方焦平面出安

2、置孔径 光阑，孔径光阑的中心位于像方焦点处，它也是出瞳。入瞳 中心在物方无限远的轴上点。 这样，刻尺前后移动时，像方出射的主光线并 没有改变，在投影屏上的投射点B1 位置不变，从而消除了物距 变化引起的测量误差。 物方远心光路入瞳中心在无限远轴上点所发出的同心 光束，称为物方远心光路。,这样的误差可以在物方焦平面上安置孔径光阑来消除， 孔径光阑的中心与物方焦点重合，使出瞳中心在像方无限 远的轴上点，使轴外点的主光线在像方平行与光轴，这样 分划板前后移动时由于主光线中心不变，不会引起误差。 这种光学系统的主光线会聚于像方无限远的轴上点， 称为像方远心光路。,第六章 光能及其计算(1),第一节 辐

3、射能通量和光通量,研究各种电磁辐射强弱的学科称为辐射度学，研究光的强弱的学科称为光度学。,辐射通量是单位时间内通过某一面积的辐射能量的大小，称为该面积的辐射通量，它是单位时间的能量，是功率单位，瓦(W)和千瓦(KW)。,一般的辐射源辐射的不只是一种波长的辐射能，这时人们往往关心辐射能量对于波长的分布规律，即能量的频谱分布。,代表辐射能通量， 代表辐射能的频率分布。,对于从 波长之间的辐射通量为：,在整个波长范围内的总辐射通量则为：,研究电池辐射离不开接收系统。接收有各种不同的器件，如感光材料、光电倍增管、光电池、CCD器件，不同的感光材料和各种光电接收器件对于不同波长的电磁辐射有不同的灵敏度。

4、这种不同灵敏度的特性用感光特性曲线和光谱响应曲线来表示。,人眼对各种不同波长的光有不同的灵敏度，人眼对各种波长光的灵敏度用视见函数 来表示。,对大量具有正常视力的观察者所做的实验表明，在明亮的环境中，人眼对波长为555nm左右的黄绿光最敏感。,设任何一种波长为 的光和 的黄绿光产生同样亮暗感觉所需的辐射通量为 和 ，则：,光源表面的辐射通量中能对人眼引起视觉的那一部分通量，称为光通量，以 表示。光通量等于辐射通量与视见函数的乘积。,波长 附近的波长间隔为 极窄的一束准单色光，其光通量为：,在整个波段范围内光通量,光通量的单位是流明，记作 。,1瓦波长为555nm的单色辐射通量是等于683流明的

5、光通量，或者1流明波长为555nm的单色光通量相当于1/683瓦的辐射通量。,其他波长的单色光有：,光通量的表达式：,发光效率：一个辐射体或光源发出的总的光通量与总辐射能量之比称为发光效率，用 表示。,表示每瓦辐射通量产生的光通量。,因为 和 难以用函数形式表示， 用下式计算：,例如：一个100W钨丝灯发出的总光通量为1400 ,则发光效率为 。一个40W的白色荧光灯发出的总光通量为2000 ，其发光效率为 。荧光灯的发光效率约为钨丝灯的4倍。,第二节 发光强度,一个向各方发射光能量的点光源C,见图。,以立体角顶点为球心，作一半径为r的球面，用此立体角的边界在球面上所截的面积ds除以半径平方来

6、标志立体角的大小。,立体角的单位是球面度，记作sr。,整个空间的立体角 球面度。,如果在 立体角范围内传递的光通量为 ，则：,称为该点光源在这个方向上的发光强度。,对于各向同性的点光源，则：,发光强度的单位是坎德拉，记作Ca。,例：常用220V,40W的钨丝灯泡，由产品说明中查出其发射的总光通量是480 ,求其发光效率和平均发光强度。,第三节 光照度和面发光度,一、光照度,我们在研究许多问题时，需要知道射在物体某一表面上的光通量有多少，受照表面的明亮程度如何，为此引入称为光照度的物理量。,光照度E是投射在受射面上的ds面元上的总光通量 与该面元的比值。,光照度在数值上等于照射在物体单位面积上的总光通量。,对于大面积的均匀照明：,光照度的单位是勒克斯，记作 。,例1 有一各向同性的点光源，发出总的光通量为 ，求半径为r的球面上的照度E0值。,二、面发光强度(光出射度),有限大小的面光源，在光源表面上有一元面积 ，它向各方向辐射光通量，若此面积元 向各方向辐射出的总光通量为 ，有：,M称为面发光度，也称光出射度,单位是 。,这里研究的面光源不仅仅限于实在的光源表面，也可以是自身发光的光源经光学系统所成的像，或自身不发光而受其他光源照明后成为光源的表面。,对于后一种情况，其面发光度与该面接