大学光学经典课件L5_光阑.ppt

1、2021/1/9,1,9 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,2021/1/9,2,3） 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,2021/1/9,3,4）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,2021/1/9,4,5）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,2021/1/9,5,对应

2、的像即为入射光瞳，入射 光瞳对应的共轭物即为孔径光阑,2021/1/9,6,3）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,2021/1/9,7,6）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,2021/1/9,8,7）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

3、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,2021/1/9,9,8）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,2021/1/9,10,9）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,2021/1/9,11,10）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,2021/1/9,12,2）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

4、光瞳 中心的连线与主光轴所夹锐角称为 出射视场角,2021/1/9,13,11）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,2021/1/9,14,12）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,2021/1/9,15,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,2021/1/9,16,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，

5、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,2021/1/9,17,1）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,2021/1/9,18,2）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,2021/1/9,19,11 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

6、,2021/1/9,20,2）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,2021/1/9,21,3) 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0,2021/1/9,22,4) 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

7、层蓝绿的色彩,2021/1/9,23,5) 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,2021/1/9,24,6) 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,2021/1/9,25,3）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,2021/1/9,26,7） 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

8、B定义为在此方向上单位投影面积的发光强度,2021/1/9,27,2）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,2021/1/9,28,8）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,2021/1/9,29,证明,太阳中心处,太阳边缘部分的同样方向,因为,2021/1/9,30,2）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,2021/1/9,31,9）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/m2,2021/1/9,32,3）点光源的照度,2021/1/9,33,4）面光源的照度,2021/1/9,34,5)注意,a）光强的概念与这里的辐射照度 的概念一致,b）