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1、2020/8/20,1,9 光 阑,1) 光阑定义:,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。,2) 光阑的种类:,孔径光阑和视场光阑, 所谓视场就是能成像的物面范围。,2020/8/20,2,3) 孔径光阑和视场光阑,对轴上物点光束的口径(立体角 或者发光截面)限制得最多 的光阑称为孔径光阑(有效光阑)。,对光具组成像的视场限制最多的 光阑称为视场光阑。,2020/8/20,3,4)注意:,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。,2020/8/20,5,对应的像即为入射光瞳,入射 光瞳对应的共轭物即为孔径光阑。,2020/8/20,6,
2、(3)将孔径光阑向其后方系统成像, 即为出射光瞳。由轴上像点出射 光瞳边缘连直线,与主光轴所夹 锐角即为出射孔径角 。,2020/8/20,7,6)注意:,(1)只能向像的边缘连线来比较谁对 光束孔径限制得最厉害。,(2)孔径光阑的位置与轴上物点的位置有关。,(3)考察的是对轴上物点通光孔径的限制程度。,(4)物点在无穷远处时,往往可以直接比较来确定。,(5)确定孔径光阑有两种方法:计算法和作图法。,2020/8/20,8,7)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,孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳三者之间 的关系是物像共轭关系。,孔径光阑的作用是控制光束的入射和出射能量, 大多
3、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,,对出射光束的直接控制由出射光瞳来承担。,2020/8/20,9,8)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心的光线称为主光线。每个物点仅对应一条主光线。,渐晕现象:像面边缘逐渐变暗的现象。,2020/8/20,10,9)视场光阑的定义,对轴外物点的主光线限制最多的 光阑称为视场光阑。,2020/8/20,11,10)视场光阑的确定方法,对应的像为入射窗,入射窗对应的 共轭物即为视场光阑。,2020/8/20,12,(2)视场光阑经后方系统所成的像称为 出射窗。出射窗的边缘与出射光瞳 中心的连
4、线与主光轴所夹锐角称为 出射视场角,2020/8/20,13,11)注意:,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),,孔径光阑和视场光阑不能由同一个 器件兼任。,2020/8/20,14,12)视场光阑,入射窗和出射窗 之间的关系,视场光阑,入射窗和出射窗三者之间 的关系是物像共轭关系。,2020/8/20,15,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,,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。,2020/8/20,16,例题:孔径都等于4cm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5cm;另一个
5、是发散的,其焦距为10cm。两个透镜中心的距离为4cm。对于会聚透镜前面6cm处的物点,试问:(1)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?,2020/8/20,17,(1)将发散透镜作为物对凸透镜成像:,代入高斯公式,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,2020/8/20,18,(2)L1为入射光瞳,其直径为4cm。,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,L1经L2成的像为出射光瞳,其位置和大小分别为:,2020/8/20,19,11 光度学基本概念,1)光度学和辐射度学,光度学:研究光的强弱的学科,辐射度学
6、:研究各种电磁辐射强弱的学科,2020/8/20,20,2)辐射能通量(辐射功率)和辐射 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的辐射能,单位:瓦,辐射能通量的谱密度:,辐射能通量 的定义:,2020/8/20,21,3) 视见函数,定义:,V=1,实验表明: 要引起与1mw的5550A的绿光相同亮暗感觉的 4000A紫光需要2.5w.,时,,,,在4000A-7600A范围以外,V实际上已趋于0,2020/8/20,22,4) 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 在分别起作用,形成了适光性和适暗性 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
7、。 所以在月光朦胧的夜晚,总感到周围的一切笼罩了一层蓝绿的色彩。,2020/8/20,23,5) 光通量,定义:,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 的有效视觉强度称为光通量。,单位:流明,,记作:,有:,或者:,最大光功当量,,2020/8/20,24,6) 发光强度和辐射强度,(1)点光源和面光源:,(2)发光强度 I :单位立体角内发出的光通量,,,单位:坎德拉,,2020/8/20,25,(3)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
8、通量,,,2020/8/20,26,7) 光亮度和辐射亮度,(1)光亮度:面元ds沿 r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,2020/8/20,27,(2)辐射亮度:,(3)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。,2020/8/20,28,8)余弦辐射体和朗伯定律,(1)余弦(朗伯)发射体,朗伯定律:,余弦发射体没有立体感,感到各处一样亮,比如太阳,定义:如果一扩展光源的发光强度,从而其亮度B与方向无关,这类发射体 称为余弦发射体。,2020/8/20,29,证明:,太阳中心处:,太阳边缘部分的同样方向:,因为:,2020/8/20,30,(2)余
9、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)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。,2020/8/20,31,9)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,,,单位:lx或ph,(2)辐射照度定义:照射在单位面积上的辐射通量,单位:W/cm2或W/m2,,,,,,,2020/8/20,32,(3)点光源的照度,,,2020/8/20,33,(4)面光源的照度,2020/8/20,34,(5)注意:,(a)光强的概念与这里的辐射照度 的概念一致。,(b)照度是接收的概念,发光强度 和亮度是发射的概念。,2020/8/20,35,(6)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。,2020/8/20,36,解:,,,,,由:,2020/8/20,37,讨论:,圆盘变成点电光源,此时,,照度遵从平方反比律,