大学光学经典课件5光阑.ppt

§9 §9 §9 §9 光光光光 阑阑阑阑1）） 光阑定义：光阑定义： 光具组内光学元件的边缘、框架光具组内光学元件的边缘、框架或特别设置的带孔屏障称为光阑或特别设置的带孔屏障称为光阑2）） 光阑的种类光阑的种类： 孔径光阑和视场光阑，孔径光阑和视场光阑，所谓视场就是能成像的物面范围所谓视场就是能成像的物面范围播葛孰韧胶阜估箭睫诣绒歧庸缺魁咎辜犯生喷探联幕莱修约责瞧锰峙飞沉大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202413）） 孔径光阑和视场光阑孔径光阑和视场光阑对轴上物点光束的口径（立体角对轴上物点光束的口径（立体角或者发光截面）限制得最多或者发光截面）限制得最多的光阑称为的光阑称为孔径光阑孔径光阑( (有效光阑有效光阑) ) 对光具组成像的视场限制最多的对光具组成像的视场限制最多的光阑称为光阑称为视场光阑视场光阑早谤郸狡船本雇冠胰惧拨拍穗伪桩萍辅疯禾茶夹冯匣盯噶盆裁吼杠孤话利大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024244）注意）注意）注意）注意：：：： 孔径光阑限制成像物点的光束口径，孔径光阑限制成像物点的光束口径，视场光阑限制成像的物面范围，即物点个数。

视场光阑限制成像的物面范围，即物点个数 畦疮煌狡举乐隅乔辱洲伸桂欣栖糕茂吹工发顽碍浪帚痔诧鸵歌界殴晋遭愤大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202435）确定孔径光阑的方法）确定孔径光阑的方法(1) (1) 把光具组中所有光阑当作物，把光具组中所有光阑当作物， 逐个地相对其前方系统成像逐个地相对其前方系统成像倒罗挠冠贝上篱荧京桥助樟酉镊岁呀真解咕盅乾摹达借径秋措瞬棘巍本辗大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/20244(2)(2)由轴上物点向每个像的边缘引直由轴上物点向每个像的边缘引直 线，其中与主光轴所夹锐角最小线，其中与主光轴所夹锐角最小 的即为的即为入射孔径角入射孔径角， 对应的像即为对应的像即为入射光瞳入射光瞳，入射，入射光瞳对应的共轭物即为光瞳对应的共轭物即为孔径光阑孔径光阑湛渐趴二蝎忍又啼秦烛洞姻捍吮栏迂可株捂桔卷浓盼盒撇皇斌绣氯侠叁侵大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/20245（（3 3）将孔径光阑向其后方系统成像，）将孔径光阑向其后方系统成像， 即为即为出射光瞳出射光瞳。

由轴上像点出射由轴上像点出射 光瞳边缘连直线，与主光轴光瞳边缘连直线，与主光轴所夹所夹 锐角即为锐角即为出射孔径角出射孔径角 坷七敛姚胆像六攻剁攀羹矾碑楷批没饭砷秽疾疽摔帮湍愉鸦蜗蹦灯燃乡谋大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024666）注意：）注意：）注意：）注意：（（1 1）只能向像的边缘连线来比较谁对）只能向像的边缘连线来比较谁对 光束孔径限制得最厉害光束孔径限制得最厉害 （（2 2）孔径光阑的位置与轴上物点的位置有关孔径光阑的位置与轴上物点的位置有关3 3）考察的是对轴上物点通光孔径的限制程度考察的是对轴上物点通光孔径的限制程度4 4）物点在无穷远处时，往往可以直接比较来确定物点在无穷远处时，往往可以直接比较来确定5 5）确定孔径光阑有两种方法：）确定孔径光阑有两种方法：计算法和作图法计算法和作图法 茄什妓挝谅赤化洞愧鬼创拟父婶玻口耙料对采置讶缆楚骨雨拟才胞枝畜狼大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202477）孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳）孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 三者之间的关系和各自的作用三者之间的关系和各自的作用孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳三者之间孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳三者之间 的关系是的关系是物像共轭物像共轭关系。

关系孔径光阑的作用是孔径光阑的作用是控制控制光束的入射和出射能量，光束的入射和出射能量， 大多数情况下间接实施控制大多数情况下间接实施控制对入射光束的直接控制由入射光瞳来承担，对入射光束的直接控制由入射光瞳来承担，对出射光束的直接控制由出射光瞳来承担对出射光束的直接控制由出射光瞳来承担痔赎剔彬针益京获盾奢第尘娄么恰醛帐满私回劲彦芽蚌霜硬归郝韭驾讹基大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202488）主光线和渐晕现象：）主光线和渐晕现象：主光线的定义：通过入射光瞳中心、有效光阑中心和出射光瞳中通过入射光瞳中心、有效光阑中心和出射光瞳中心的光线称为主光线心的光线称为主光线每个物点仅对应一条主光线每个物点仅对应一条主光线渐晕现象：渐晕现象：像面边缘逐渐变暗的现象像面边缘逐渐变暗的现象12341324a D’1D2D’2D1物物面面入入窗窗视视阑阑入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔阑阑像面像面L涉框哑蛆疾农轻刷淖陵表锅酬饿藉仟淡喷武段冗画哄抖真辈揩暑乃膝贯亲大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202499）视场光阑的定义）视场光阑的定义对轴外物点的主光线限制最多的对轴外物点的主光线限制最多的光阑称为视场光阑。

光阑称为视场光阑12341324a D’1D2D’2D1物物面面入入窗窗视视阑阑入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔阑阑像面像面L涪乘蛆诛豪牧岁娟粘啥炙菩煞祭帧琢国乙理在故封舅贬薄可韭辱林崖哨庸大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024101010）视场光阑的确定方法）视场光阑的确定方法（（1 1）由入射光瞳中心向由前方系统所成）由入射光瞳中心向由前方系统所成 像的边缘引直线，其中与主光轴夹像的边缘引直线，其中与主光轴夹 角最小的锐角称为角最小的锐角称为入射视场角入射视场角 ， 对应的像为对应的像为入射窗入射窗，入射窗对应的，入射窗对应的共轭物即为共轭物即为视场光阑视场光阑12341324a D’1D2D’2D1物物面面入入窗窗视视阑阑入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔阑阑像面像面L毯检起囚养刺苫吵李磐述法丫稠蛙皆咎踢窒样艺渺胰撬译瘪榔身扯追伍洞大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202411（（2 2）视场光阑经后方系统所成的像称为）视场光阑经后方系统所成的像称为 出射窗出射窗。

出射窗的边缘与出射光瞳出射窗的边缘与出射光瞳 中心的连线与主光轴所夹锐角称为中心的连线与主光轴所夹锐角称为 出射视场角出射视场角 12341324a D’1D2D’2D1物物面面入入窗窗视视阑阑入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔阑阑像面像面L疆村振经虎紫候蛋奋机戎绑僵筹滓鬃气径骄纬筛盗京弥赁二谨砷捣匡嫌跺大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/20241211111111）注意：）注意：）注意：）注意： 在一个完整的光学系统中（两个在一个完整的光学系统中（两个以上光学器件组成的光学系统），以上光学器件组成的光学系统）， 孔径光阑和视场光阑孔径光阑和视场光阑不能不能由同一个由同一个器件兼任器件兼任仁痔恩轨利纺莫柿洒众似挞裸咕垣滚蹭念武常枚紊栈既鲜量妄哟旺兹锁咏大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024131212）视场光阑，入射窗和出射窗）视场光阑，入射窗和出射窗 之间的关系之间的关系视场光阑，入射窗和出射窗三者之间视场光阑，入射窗和出射窗三者之间 的关系是的关系是物像共轭物像共轭关系。

关系 12341324a D’1D2D’2D1物物面面入入窗窗视视阑阑入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔阑阑像面像面L蹦樟镊洋药济擂母切览俐惠回唱征廓慈键诞残泻炊然较坍购错激辰谗彦助大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202414视场光阑对物面范围和像面范围大小都能视场光阑对物面范围和像面范围大小都能 限制，大多数情况下间接实施控制，限制，大多数情况下间接实施控制，对物面范围的直接限制由入射窗来承担，对物面范围的直接限制由入射窗来承担，对像面范围的直接限制由出射窗来承担对像面范围的直接限制由出射窗来承担12341324a D’1D2D’2D1物物面面入入窗窗视视阑阑入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔阑阑像面像面L烽削衫厄睛滑蚊卢弊耐慈冶丢抢宗烙王脓弄毫眨驯茂渠映荣检需咱卧物鱼大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202415例题：例题：孔径都等于孔径都等于4cm的两个薄透镜组成同轴光具组，一个透的两个薄透镜组成同轴光具组，一个透镜是会聚的，其焦距为镜是会聚的，其焦距为5cm；另一个是发散的，其焦距为；另一个是发散的，其焦距为10cm两个透镜中心的距离为。

两个透镜中心的距离为4cm对于会聚透镜前面对于会聚透镜前面6cm处的物点，试问：处的物点，试问：(1)哪一个透镜是有效光阑？哪一个透镜是有效光阑？(2)入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里？其大小各等于多少？入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里？其大小各等于多少？拔晾略望喀寥佰雾刷洁锡糖妨何神润技抗赵筹荒碗颊崩了豪牢茫悉东环加大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202416（（1）将发散透镜作为物对凸透镜成像：）将发散透镜作为物对凸透镜成像：代入高斯公式代入高斯公式像高像高发散透镜经会聚透镜所成的像对物点所张的孔径角为发散透镜经会聚透镜所成的像对物点所张的孔径角为猎翠剐迎障磕滚驰鉴辈羌妙忻悯葵痞贝鹃戮带乾丽穿象找辛樊寨埠则饼忘大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202417（（2））L1为入射光瞳，其直径为为入射光瞳，其直径为4cm会聚透镜对物点所张的孔径角为会聚透镜对物点所张的孔径角为所以会聚透镜为同轴光具组的有效光阑所以会聚透镜为同轴光具组的有效光阑L1经经L2成的像为出射光瞳，其位置和大小分别为：成的像为出射光瞳，其位置和大小分别为：实骸皆此刘沫姚薄关筷水缀郴语抄霜及婆袄栋彪训汲叮害烁桨阂过驭屎窘大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202418§11 §11 §11 §11 光度学基本概念光度学基本概念光度学基本概念光度学基本概念1 1）光度学和辐射度学）光度学和辐射度学光度学：研究光的强弱的学科光度学：研究光的强弱的学科辐射度学：研究各种电磁辐射强弱的学科辐射度学：研究各种电磁辐射强弱的学科侵窗乔滚渍全滥溉洼争俏碟氧清淖珐炕附记姨骗禹弦夸罢墨讯全腊结研科大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024192 2）辐射能通量（辐射功率）和辐射）辐射能通量（辐射功率）和辐射 能通量的谱密度能通量的谱密度单位时间内光源发出或通过一定接收截面单位时间内光源发出或通过一定接收截面的辐射能的辐射能 单位：瓦单位：瓦 辐射能通量的谱密度：辐射能通量的谱密度： 辐射能通量辐射能通量 的定义：的定义：骨秀妮遵炼昔艰瞩瘩皮律委樱钉联蔫烈遵客袍查歇琅肝啊朱炭央赊型名美大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024203) 3) 视见函数视见函数定义：定义： V=1 实验表明：实验表明： 要引起与要引起与1mw1mw的的5550A5550A的绿光相同亮暗感觉的的绿光相同亮暗感觉的 4000A 4000A紫光需要紫光需要2.5w.2.5w.时，时， ， 在在4000A---7600A范围以外，范围以外，V实际上已趋于实际上已趋于0酪坍饿纯瓮克壤毒尿帖钵喊湿赢巢搔臀拦戏奴敛铰寻末埃尔仙嚼赫莽包棺大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024214) 4) 适光性和适暗性视见函数适光性和适暗性视见函数 由于眼睛里的圆锥和圆柱视神经细胞由于眼睛里的圆锥和圆柱视神经细胞 在分别起作用，形成了在分别起作用，形成了适光性适光性和和适暗性适暗性 视见函数。

视见函数在昏暗的环境中，视见函数在昏暗的环境中，视见函数的极大值朝短波方向移动的极大值朝短波方向移动所以在月光朦胧的夜晚，总所以在月光朦胧的夜晚，总感到周围的一切笼罩了一层感到周围的一切笼罩了一层蓝绿的色彩蓝绿的色彩丫态怎墓假捏迢枷请郸斑壕定锥挝惩砧囊履东啮什运嚷过露殉票迸逐院娘大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024225) 光通量光通量定义：定义： 光源发出的辐射能通量通过视见函光源发出的辐射能通量通过视见函数的权重因子折合成对人眼起作用数的权重因子折合成对人眼起作用的有效视觉强度称为光通量的有效视觉强度称为光通量单位：单位：流明，流明， 记作：记作： 有：有： 或者：或者： 最大光功当量，最大光功当量， 模整狸钡桑奴皑库萝祖榜社咐忙揽阜李属霓痔辗软伤尔坠抗诲修坎围积薪大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024236) 6) 发光强度和辐射强度发光强度和辐射强度（（1）点光源和面光源：）点光源和面光源：（（2）发光强度）发光强度 I ：单位立体角内发出的光通量：单位立体角内发出的光通量， 单位：坎德拉， 其中 ， 点光源点光源r薪坛佬讽擞殃猴寸堆箔柱粥阿每郁耳两卓望葡持晴婴勒场雨葬襟饯放榜噪大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202424（（（（33）注意：）注意：）注意：）注意：（a）发光强度的符号与光强的符号虽然相同， 但与光强不是一个概念。

b）发光强度与方向有关，方向不同 发光强度不同4）辐射强度：单位立体角内发出的辐射通量）辐射强度：单位立体角内发出的辐射通量， 其中 ， 单位： ， 爵菌谚暗种迸敬宵腮辊茁辨肢奏伟枚呻俊耸炭纵新墅漠沟夕娶晓亿板谓岭大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024257 7）） 光亮度和辐射亮度光亮度和辐射亮度（（1）光亮度：面元）光亮度：面元ds沿沿 r方向的光度学亮度方向的光度学亮度B定义为在此方向上单位投影面积的发光强度定义为在此方向上单位投影面积的发光强度单位： 或 扩展光源扩展光源 法线法线nr踌椭殃话滚跃七楚邱略咳溶酌掸笼漆梗获跟继在唁次脸拧调氧擂藩鞘啥透大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202426（（2）辐射亮度：）辐射亮度：单位：单位： ， （（（（33）注意：）注意：）注意：）注意： 人眼睛感知的是光源的亮度大小，不是发光强度的强弱 降骋慷屋毗申酋男柱派演依邵尸抉锈迂觉丽辖瓜攫痕步迁免思棱剧娱戚会大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024278 8）余弦辐射体和朗伯定律）余弦辐射体和朗伯定律（（1 1）余弦（朗伯）发射体）余弦（朗伯）发射体朗伯定律：朗伯定律： 余弦发射体没有立体感，感到各处余弦发射体没有立体感，感到各处余弦发射体没有立体感，感到各处余弦发射体没有立体感，感到各处一样亮，比如一样亮，比如一样亮，比如一样亮，比如太阳太阳太阳太阳 定义：如果一扩展光源的发光强度定义：如果一扩展光源的发光强度从而其亮度从而其亮度B与方向无关，这类发射体与方向无关，这类发射体称为余弦发射体。

称为余弦发射体辐轧嫩触刀妨弧病坡偶精柏愤呸埃唾羔世抬嘻兹仆处谅唆复待鸡站旭呈爆大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202428证明：证明：太阳中心处： 太阳边缘部分的同样方向： 因为： 秘地藉晃亲鉴朴矛贡撰幸枚举榔瑚矣郎孜诊苞擎纫逝门砚洒瞒见歹规剪灌大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202429（（2 2）余弦反射体：）余弦反射体： 如积雪、十分粗造的白纸等物体，也遵循朗伯定律 （（3 3）定向发射体：）定向发射体： 比如：激光器 激光器发出的光束通常是截面△S很小而高度平行，从而用不大的辐射功率就可获得极大的辐射亮度剃沫泣非叮摩扎泣矗普践参储溃然摄您恤颐疡拇问扛伯礁杉监鹃踏霸瓢序大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/2024309 9）光照度和辐射照度）光照度和辐射照度（（1）光照度定义：照射在单位面积上的光通量）光照度定义：照射在单位面积上的光通量， 单位：lx或ph （（2）辐射照度定义：）辐射照度定义：照射在单位面积上的辐射通量照射在单位面积上的辐射通量单位：W/cm2或W/m2 ， ， ， 款弃颠存蜂勃粉绸止肆事匡钎额净焕旷沧霜班吊弛群签织墙滤袱铃咯没况大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202431（3）点光源的照度， 点光源点光源法线法线nr冷袒菩恶孩哥洪附篓页她淫耍迭枉夫牟扶凭乃租蔡禾芜魔汕啦干诣窃静道大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202432（4）面光源的照度牙龚墙铜迫氟涨说和罗昏吕昼察帖稠茹洒光炒叫妖赘檬撑货屯波遇达壶蕾大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202433(5)(5)(5)(5)注意：注意：注意：注意：（a）光强的概念与这里的辐射照度）光强的概念与这里的辐射照度 的概念一致。

的概念一致 （（b）照度是接收的概念，发光强度）照度是接收的概念，发光强度 和亮度是发射的概念和亮度是发射的概念脚蕉祥滓扛介酝姐黑屠什钞视笨欠制撤少院式挎奈祷镀魄禽珐寨汲聘瓦之大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202434（（6）例题：）例题： 计算如图所示的均匀余弦发射圆盘在轴上一点产生的垂直照度，设盘的半径为R，亮度为B 圾肃焰淆丈征速懊枯尾示服嘉诲饲清下返峭祈荣碎丁免反药躁命豌玖力挥大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202435解：解： ，， 由： 掖悼离析躇痞壬呀百盼葡玄业敏吹局及赠爷磺龙胞干窘姚金烹琢刊鲁俭像大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202436讨论：讨论：当当 时，时， 圆盘变成点电光源圆盘变成点电光源 此时，此时， 照度遵从平方反比律照度遵从平方反比律照度遵从平方反比律照度遵从平方反比律 掐退孽榴棘辟民紊也饱右币氛沏拴凑动慷条消韧那文佑浚浆溢芝执葫芥抖大学光学经典课件5_光阑大学光学经典课件5_光阑9/2/202437。