第六章光能及其計(jì)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(chēng)為景像平面。,與景像平面A共軛的物平面A稱(chēng)為對(duì)準(zhǔn)平面。,A1稱(chēng)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(chēng)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(duì)準(zhǔn)平面的距離稱(chēng)為遠(yuǎn)景深度，用1表示。,近景到對(duì)準(zhǔn)平面的距離稱(chēng)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(chēng)為景深，用表示。,Z1，Z2為對(duì)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(duì)孔徑得倒數(shù)稱(chēng)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(diǎn)處，它也是出瞳。入瞳 中心在物方無(wú)限遠(yuǎn)的軸上點(diǎn)。 這樣，刻尺前后移動(dòng)時(shí)，像方出射的主光線(xiàn)并 沒(méi)有改變，在投影屏上的投射點(diǎn)B1 位置不變，從而消除了物距 變化引起的測(cè)量誤差。 物方遠(yuǎn)心光路入瞳中心在無(wú)限遠(yuǎn)軸上點(diǎn)所發(fā)出的同心 光束，稱(chēng)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(lái)消除， 孔徑光闌的中心與物方焦點(diǎn)重合，使出瞳中心在像方無(wú)限 遠(yuǎn)的軸上點(diǎn)，使軸外點(diǎn)的主光線(xiàn)在像方平行與光軸，這樣 分劃板前后移動(dòng)時(shí)由于主光線(xiàn)中心不變，不會(huì)引起誤差。 這種光學(xué)系統(tǒng)的主光線(xiàn)會(huì)聚于像方無(wú)限遠(yuǎn)的軸上點(diǎn)， 稱(chēng)為像方遠(yuǎn)心光路。,第六章 光能及其計(jì)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(chēng)為輻射度學(xué)，研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科稱(chēng)為光度學(xué)。,輻射通量是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一面積的輻射能量的大小，稱(chēng)為該面積的輻射通量，它是單位時(shí)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(zhǎng)的輻射能，這時(shí)人們往往關(guān)心輻射能量對(duì)于波長(zhǎng)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(duì)于從 波長(zhǎng)之間的輻射通量為：,在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的總輻射通量則為：,研究電池輻射離不開(kāi)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(duì)于不同波長(zhǎng)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(xiàn)和光譜響應(yīng)曲線(xiàn)來(lái)表示。,人眼對(duì)各種不同波長(zhǎng)的光有不同的靈敏度，人眼對(duì)各種波長(zhǎng)光的靈敏度用視見(jiàn)函數(shù) 來(lái)表示。,對(duì)大量具有正常視力的觀察者所做的實(shí)驗(yàn)表明，在明亮的環(huán)境中，人眼對(duì)波長(zhǎng)為555nm左右的黃綠光最敏感。,設(shè)任何一種波長(zhǎng)為 的光和 的黃綠光產(chǎn)生同樣亮暗感覺(jué)所需的輻射通量為 和 ，則：,光源表面的輻射通量中能對(duì)人眼引起視覺(jué)的那一部分通量，稱(chēng)為光通量，以 表示。光通量等于輻射通量與視見(jiàn)函數(shù)的乘積。,波長(zhǎng) 附近的波長(zhǎng)間隔為 極窄的一束準(zhǔn)單色光，其光通量為：,在整個(gè)波段范圍內(nèi)光通量,光通量的單位是流明，記作 。,1瓦波長(zhǎng)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(zhǎng)為555nm的單色光通量相當(dāng)于1/683瓦的輻射通量。,其他波長(zhǎng)的單色光有：,光通量的表達(dá)式：,發(fā)光效率：一個(gè)輻射體或光源發(fā)出的總的光通量與總輻射能量之比稱(chēng)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?yàn)?和 難以用函數(shù)形式表示， 用下式計(jì)算：,例如：一個(gè)100W鎢絲燈發(fā)出的總光通量為1400 ,則發(fā)光效率為 。一個(gè)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(gè)向各方發(fā)射光能量的點(diǎn)光源C,見(jiàn)圖。,以立體角頂點(diǎn)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(lái)

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(gè)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(chēng)為該點(diǎn)光源在這個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)度。,對(duì)于各向同性的點(diǎn)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(shuō)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?cè)谘芯吭S多問(wèn)題時(shí)，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(chēng)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(duì)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(diǎn)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(chēng)為面發(fā)光度，也稱(chēng)光出射度,單位是 。,這里研究的面光源不僅僅限于實(shí)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(duì)于后一種情況，其面發(fā)光度與該面接