大学光学经典课件L5光阑.ppt
2023/10/3,1,9 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。,2023/10/3,2,3）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。,2023/10/3,3,4）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。,2023/10/3,4,5）确定孔径光阑的方法,(1)把光具组中所有光阑当作物，逐个地相对其前方系统成像。,2023/10/3,5,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。,2023/10/3,6,（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。,2023/10/3,7,6）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。,2023/10/3,8,7）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。,2023/10/3,9,8）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。,2023/10/3,10,9）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。,2023/10/3,11,10）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。,2023/10/3,12,（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 中心的连线与主光轴所夹锐角称为 出射视场角,2023/10/3,13,11）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。,2023/10/3,14,12）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。,2023/10/3,15,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。,2023/10/3,16,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？,2023/10/3,17,（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,2023/10/3,18,（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：,2023/10/3,19,11 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：研究各种电磁辐射强弱的学科,2023/10/3,20,2）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：,2023/10/3,21,3)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0,2023/10/3,22,4)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。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。,2023/10/3,23,5)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，,2023/10/3,24,6)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，,2023/10/3,25,（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通量,，,2023/10/3,26,7）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,2023/10/3,27,（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。,2023/10/3,28,8）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。,2023/10/3,29,证明：,太阳中心处：,太阳边缘部分的同样方向：,因为：,2023/10/3,30,（2）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）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。,2023/10/3,31,9）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,，,，,，,2023/10/3,32,（3）点光源的照度,，,2023/10/3,33,（4）面光源的照度,2023/10/3,34,(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。,2023/10/3,35,（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。,2023/10/3,36,解：,，,，,由：,2023/10/3,37,讨论：,圆盘变成点电光源,此时，,照度遵从平方反比律,
