第六章辐射度学与光度学基础C-应用光学课件

1、 第六章 辐射度学与光度学基础 第六章 辐射度学与光度学基础概述 光学系统是一个传输辐射能量的系统 能量传输能力的强弱，影响像的亮暗辐射度学：研究电磁波辐射的测试、计量和计算的学科光度学：在人眼视觉的基础上，研究可见光的测试、计量和计算的学科概述 光学系统是一个传输辐射能量的系统辐射度学：研究电6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用一、立体角的意义和单位平面上的角：AOB（弧度）ABOr6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用一、立体角的空间上的角：立体角so一个任意形状的封闭锥面所包含的空间称为立体角若在以r为半径的球面上截得的面积S= r2，则此立体角为1球面度。整个空间球面面积为4r

2、2,对应立体角为 4 球面度6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用空间上的角：立体角so一个任意形状的封闭锥面所包含的空间称二、立体角的应用 假定有一光学系统，对轴上点A成像，孔径角为u，问这个圆锥角对应的立体角多大？根据立体角的定义：6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用A 以A为球心，r为半径作一球面，求出圆锥在球面上的面积S，除以半径r的平方，即为该圆锥对应的立体角。二、立体角的应用 假定有一光学系统，对轴上点A成像，孔6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用asinr 假定圆锥面的半顶角为 ，在球面上取一个 对应的环带，环带宽度为 ，环带半径为 ，所以环带长度为 ，环带总面积为rs

3、in6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用asinr 6-2 辐射度学中的基本量一、辐射通量辐射功率 -单位时间内整个辐射体所辐射的总能量单位：瓦特 （W）反映辐射强弱，是辐射体各波段辐射能量的积分。辐射通量就是辐射功率。6-2 辐射度学中的基本量一、辐射通量单位：瓦特 （W）6-2 辐射度学中的基本量设波长范围内辐射功率为 大部分辐射体辐射都有一定的波长范围，通常用辐射通量的 光谱密集度曲线e表示辐射通量按波长分布的特性。总辐射功率：6-2 辐射度学中的基本量设波长范围内辐射功率为二、辐射强度 辐射体在不同方向上的辐射特性不同。 在给定方向上取立体角d，在d范围内的辐射通量为de ，将de

4、和d的比值定义为在这个方向上的辐射强度。单位：瓦每球面度（W/sr）辐射强度表示了辐射体在不同方向上的辐射特性。6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位二、辐射强度辐射强度表示了辐射体在不同方向上的辐射特性。6三、辐出射度，辐照度 在辐射体上A点附近取一面元ds，假定在ds上辐射出的总辐射通量为de ，A点的辐出射度为： 单位：瓦每平方米（W/m2）描述辐射体表面任一点A处的辐射强弱。dsA6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位三、辐出射度，辐照度描述辐射体表面任一点A处的辐射强弱。ds 物体被其他辐射体照射，假设被辐射体上A点附近面元ds上接收的总辐射通量deA点的辐照度为：单位：瓦每平方米（

5、W/m2）dsA6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位表示A点被照射的强弱。 物体被其他辐射体照射，假设被辐射体上A点附近面 四、辐亮度 辐射体表面A点周围取一面元dS，在AO方向取微小立体角d，设在AO方向上的投影面积为dSn，则有设在AO方向上的辐射强度为Ie，则辐亮度为因为 ，则单位：瓦每球面度每平方米（W/sr.m2）描述了辐射体不同位置不同方向上的辐射特性6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位 四、辐亮度描述了辐射体不同位置不同方向上6-3 人眼的视见函数 辐射体发出电磁波，进入人眼，在可见光（波长400760nm）范围内，可以产生亮暗感觉； 光度学中，为表示人眼对不同波长辐射的敏感

6、度差别，定义了一个函数 ，称为视见函数，又称光谱光视效率。 可见光范围内，人眼对不同波长光的视觉敏感度不同，对波长 =555nm的 绿光最为敏感。6-3 人眼的视见函数 辐射体发出电磁波把对人眼最灵敏的波长 的视见函数定为1，即6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位可见 人眼对波长为 的电磁波的视觉强度与人眼对波长为555nm的可见光的视觉强度之比，定义为 波长的视见函数视见函数的定义：距人眼等距的两辐射体A、B的辐射强度分别为 、 ，且把对人眼最灵敏的波长 光线颜色波长/nmV光线颜色波长/nmV紫紫靛靛靛蓝蓝蓝蓝蓝绿绿绿绿黄黄黄黄黄40041042043044045046047048049

7、05005105205305405505555605700.00040.00120.00400.01160.02300.03800.06000.09100.13900.20800.32300.50300.71000.86200.95400.99501.00000.99500.9520黄黄橙橙橙橙橙橙红红红红红红红红红红红5805906006106206306406506606706806907007107207307407507600.87000.75700.63100.50300.38100.26500.17500.10700.06100.03200.01700.00820.00410.00

8、210.001050.000520.000250.000120.00006表6-1 明视觉视见函数国际标准 光线颜色波长/nmV光线颜色波长/nmV紫4000.例人眼同时观察距离相同的两个辐射体A和B，假定辐射强度相同，A辐射波长为600nm, B辐射波长为500nm。由表6-1知：V(600)=0.631 V(500)=0.323若要使A和B对人眼产生相同的视觉强度，则辐射体A的辐射强度应该是辐射体B强度的一半。6-2 辐射度学中的基本量及其计量单位即A对人眼产生的视觉强度是B对人眼产生视觉强度的近似2倍例人眼同时观察距离相同的两个辐射体A和B，假定辐射强度相1、光通量C为单位换算常数。 光

9、度学中的光通量与辐射度学中的辐射通量相对应。假定有一单色光，其辐射通量为 ，其中能够引起视觉的部分为光通量-用人眼视觉强度来度量的辐射通量。6-4 光度学中的基本量一、发光强度和光通量1、光通量C为单位换算常数。 光度学中的光通量2、发光强度发光强度与辐射度学中的辐射强度相对应。 发光强度指指定方向上单位立体角内发出光通量的多少。也可以理解为在这一方向上辐射强度中有多少是发光强度。单位：坎（德拉） cd6-4 光度学中的基本量2、发光强度发光强度与辐射度学中的辐射强度相对应。 常数C： 规定：当发光体发出的光全部是 的单色光，在某一方向上辐射强度 ，则发光体在此方向上的发光强度为1cd。代回发

10、光强度表示式：6-4 光度学中的基本量若 则光通量 流明（lm）常数C： 规定：当发光体发出的光全部是 3、光谱光视效能 与 的乘积称为光谱光视效能，用 表示。 表示人眼对不同波长光辐射的敏感度差别， 表示辐射通量中有多少可以转变为光通量。6-4 光度学中的基本量当 时， 最大，即称为最大光谱光视效能3、光谱光视效能 表示人眼对不同波长光辐射的敏感度差别4、连续光谱的光通量计算有了光谱光视效能后，光通量公式可写成总的光通量应该等于整个波长范围内上式的积分发光体的发光特性：光视效能6-4 光度学中的基本量4、连续光谱的光通量计算有了光谱光视效能后，光通量公式可写成 常见光源的光视效能光源种类光视

11、效能(lm/w)光源种类光视效能(lm/w)钨丝灯（真空）钨丝灯（充气）石英卤素灯气体放电管89.29.221301630日光灯高压水银灯超高压水银灯钠光灯274134454047.5606-4 光度学中的基本量 常见光源的光视效能光源种类光视效能(lm/w)光源种类光例一个功率（辐射通量）为60W的钨丝充气灯泡，假定它在各方向上均匀发光，求它的发光强度。、求发光强度：总立体角为、求总光通量：6-4 光度学中的基本量例一个功率（辐射通量）为60W的钨丝充气灯泡，假定它在各二、光出射度和光照度、光出射度：发光体表面某点附近单位面积发出的光通量。发光表面均匀发光情况下，（lm/m2）6-4 光度学

12、中的基本量dsA二、光出射度和光照度、光出射度：发光体表面某点附近单位面积2、光照度：某一表面被发光体照明，其表面某点附近单位面积接收的光通量。被照表面均匀照明情况下，单位：勒克司 1 lx=1 lm/m26-4 光度学中的基本量dsA2、光照度：某一表面被发光体照明，其表面某点附近单位面积接收观看仪器的示值一般阅读及书写精细工作（修表等）摄影场内拍摄电影照相制版时的原稿明朗夏日采光良好的室内太阳直照时的地面照度满月在天顶时的地面照度无月夜天光在地面产生的照度3050 lx50701002001万3万4万10050010万0.23104 常见物体的光照度值6-4 光度学中的基本量观看仪器的示值

13、3050 lx 常见物体的光照度值6-4例照明器在15m的地方照亮直径为2.5m的圆，要求达到的照度为50lx，聚光镜焦距为150mm，通光直径也为150mm，求：1、灯泡发光强度； 2、灯泡通过聚光镜后在照明范围内的平均发光强度，以及灯泡的功率和位置。2.5m15m-u150mm-u思路：像方照度 像方接收的总光通量 像方立体角 像方孔径角 物方立体角 像方发光强度 灯泡发光强度 总光通量 灯泡功率、位置6-4 光度学中的基本量例照明器在15m的地方照亮直径为2.5m的圆，要求达到的15m-u150mm-u2.5m6-4 光度学中的基本量15m-u150mm-u2.5m6-4 光度学15m-

14、u150mm-u2.5m6-4 光度学中的基本量15m-u150mm-u2.5m6-4 光度学三、光亮度 发光体表面某点附近微元面积在某一方向上单位立体角内发出的光通量。单位：坎/米2发光体某点在给定方向上的发光特性。6-4 光度学中的基本量三、光亮度 发光体表面某点附近微元面积在某一方 常见物体的光亮度值光源名称光亮度(cd/m2)光源名称光亮度(cd/m2)在地球上看到的太阳普通电弧钨丝白炽灯灯丝太阳照射下漫射的白色表面1.51091.5108(515)1063104在地球上看到的月亮表面人工照明下书写阅读时的纸面白天的晴朗天空2.51031051036-4 光度学中的基本量 常见物体的光

15、亮度值光源名称光亮度(cd/m2)光源名称光例有一均匀磨砂球形灯,直径为17cm,光通量为2000lm,求该灯的光亮度.解:根据光亮度与发光强度的关系来求.6-4 光度学中的基本量例有一均匀磨砂球形灯,直径为17cm,光通量为2000l6-5 光照度公式和发光强度余弦定律一、光照度公式 假定点光源照明微小平面dS，dS离开光源距离为l，表面法线方向ON与照明方向成 ，若光源在此方向上发光强度为I，求光源在dS上的光照度。光照度公式光射入面元dS内的光通量：如图由光照度定义式 ，有代入上式：6-5 光照度公式和发光强度余弦定律一、光照度公式注意：公式是在点光源情况下导出的，对于发光面积和照明距离

16、相比很小的情况也可以用。发光面积大时，如日光灯在室内照明，就不能用了；但室外用日光灯，在远距离照度又可以应用。问题：同样一间屋子，用60W钨丝灯比用40W钨丝灯照明显得亮？发光效率K相同，6-5 光照度公式和发光强度余弦定律注意：公式是在点光源情况下导出的，对于发光面积和照明距离相比应用：测定光源发光强度标准光源待测光源I1I2l1l2用眼睛观察两表面光照度，由光照度公式：6-5 光照度公式和发光强度余弦定律可以求得I2如图，两个完全相同的漫反射表面，标准光源I1，l1已知移动待测光源，改变l2 , 即改变E2，当眼睛观察两表面同样亮时(E相等)，测出l2，由得出应用：测定光源发光强度标准光源

17、待测光源I1I2l1l2用眼睛例桌面OB上方有一盏100W钨丝充气灯泡P，光源在各方向均匀发光，灯泡可在垂直桌面方向上下移动，问灯泡离桌面多高时，B点（OB=1m）处的光照度最大，该光照度等于多少？POl1mBx6-5 光照度公式和发光强度余弦定律例桌面OB上方有一盏100W钨丝充气灯泡P，光源在各方向二、发光强度余弦定律在各个方向上的光亮度都近似一致的均匀发光体称为朗伯辐射体。I0IdS发光强度余弦定律，也称朗伯定律，符合余弦定律的发光体称为余弦辐射体或朗伯辐射体。dSI0I6-5 光照度公式和发光强度余弦定律二、发光强度余弦定律在各个方向上的光亮度都近似一致的均匀发光应用：求发光微面发出的

18、光通量dsLu已知：发光微面dS，光亮度为L，求它在半顶角为u的圆锥内所辐射的总光通量。6-5 光照度公式和发光强度余弦定律应用：求发光微面发出的光通量dsLu已知：发光微面dS，光亮例1假定一个钨丝充气灯泡功率为300W，光视效能为20lm/W,灯丝尺寸为88.5mm，双面发光，求在灯丝面内的平均光亮度。6-5 光照度公式和发光强度余弦定律例1假定一个钨丝充气灯泡功率为300W，光视效能为20l例2一支功率为5mW的氦氖激光器，光视效能为152lm/W,发光面直径为1mm，发散角（光束半顶角）为1mrad, 求：1、激光器发出的总光通量和发光强度；2、激光器发光面的光亮度；3、激光束在5m远

19、处屏幕上产生的光照度。6-5 光照度公式和发光强度余弦定律例2一支功率为5mW的氦氖激光器，光视效能为152lm/例3直径为17cm的磨砂球形灯泡，辐射出的光通量为2000lm, 在灯泡正下方1m处的水平面上产生的光照度为159lx,求灯泡的光亮度。Ads1m17o6-5 光照度公式和发光强度余弦定律例3直径为17cm的磨砂球形灯泡，辐射出的光通量为2006-6 全扩散表面的光亮度问题：墙壁有没有光亮度？ 自然界大多数物体本身并不发光，被其它发光体照明时，对入射光线进行漫反射，表面存在光照度，同时由于它又把光线漫反射出去，也像一个发光光源一样，所以也产生光亮度。6-6 全扩散表面的光亮度问题：

20、墙壁有没有光亮度？ 一、全扩散表面的定义 如果被照明物体表面由于漫反射的作用使它在各个方向上光亮度都相同，则称这样的表面为全扩散表面。白纸喷粉的墙壁白灰电影银幕雪6-6 全扩散表面的光亮度一、全扩散表面的定义 如果被照明物体表面由于二、全扩散表面的光亮度已知：全扩散表面面积dS，光照度E求：全扩散表面光亮度L6-6 全扩散表面的光亮度解：二、全扩散表面的光亮度已知：全扩散表面面积dS，光照度E6 物体表面的漫反射系数值照明表面漫反射系数%照明表面漫反射系数%氧化镁石灰雪白纸白砂969178708025粘土月亮黑土黑呢绒黑丝绒161020510140.216-6 全扩散表面的光亮度 物体表面的漫

21、反射系数值照明表面漫反射系数%照明表面漫反射例 发光强度为100cd的白炽灯照射在墙壁上，墙壁和光线照射方向距离为3m，墙壁的漫发射系数为0.7，求与光线照射方向相垂直的墙面上的光照度及墙面的光亮度。6-6 全扩散表面的光亮度例 发光强度为100cd的白炽灯照射在墙壁上，墙壁和光线6-7 光学系统中光束的光亮度一、在均匀介质中结论：在均匀透明介质中，如果不考虑光能损失，位于同一条光线上的各点，在光线进行的方向上光亮度不变。6-7 光学系统中光束的光亮度一、在均匀介质中结论二、折射情形Pn1n2分析：讨论入射光亮度L1时，dS1应该在分界面附近取， 也应该是这个面对应的立体角。dS6-7 光学系

22、统中光束的光亮度二、折射情形Pn1n2分析：dS6-7 光学系统中入射光光亮度折射光光亮度6-7 光学系统中光束的光亮度入射光光亮度折射光光亮度6-7 光学系统中光束的光6-7 光学系统中光束的光亮度6-7 光学系统中光束的光亮度三、反射情形反射可以看成n=-n的折射，综上：光束的光亮度L存在以下普遍关系式折合光亮度如果不考虑光束在传播过程中的光能损失，则位在同一条光线上的所有各点，在该光线传播方向上的折合光亮度不变。6-7 光学系统中光束的光亮度三、反射情形反射可以看成n=-n的折射，综上：光束的光亮度四、理想光学系统中像的光亮度像点A和物点A的亮度关系物像方折射率相同时，L=L实际光学系统

23、中，考虑到光能损失，为光学系统的透过率。6-7 光学系统中光束的光亮度四、理想光学系统中像的光亮度像点A和物点A的亮度关系物像方6-8 像平面的光照度一、轴上点的光照度已知：成像物体光亮度L, 像方孔径角为u求:像面光照度E6-8 像平面的光照度一、轴上点的光照度已知：成像物二、轴外像点的光照度公式 像平面上轴外点的光照度一定小于轴上点的光照度。6-8 像平面的光照度二、轴外像点的光照度公式 像平面上轴外点的光照1、由于轴外光束倾斜后，出瞳在光束垂直方向上的投影面积减小。轴外点的发光强度比轴上点的发光强度I0小。2、照明距离比轴上点的照明距离增加代回得由于轴上点光照度所以6-8 像平面的光照度

24、1、由于轴外光束倾斜后，出瞳在光束垂直方向上的投影面积减小。 不同视场角的E/E0值1020300.9410.7800.5634050600.3440.1710.063系统中存在斜光束渐晕时，6-8 像平面的光照度 不同视场角的E/E0值100.941406-9 照相物镜像平面的光照度和光圈数HFDUmax一、像平面光照度代入得物镜的相对孔径6-9 照相物镜像平面的光照度和光圈数HFDU二、光圈、光圈数光圈：相对孔径 分度的方法是按每一刻度值对应的像面照度减小一半。相对孔径按 等比级数变化。光圈数：相对孔径的倒数，用F表示。F制光圈6-9 照相物镜像平面的光照度和光圈数二、光圈、光圈数光圈：相

25、对孔径相对孔径按 等三、曝光量假定像面照度为E， 曝光时间为t,底片上单位面积接受的曝光亮H为 H=E t (lx .s)T制光圈假定某个透镜透过率为 ，相对孔径为 这样，像平面光照度公式可以写为6-9 照相物镜像平面的光照度和光圈数三、曝光量假定像面照度为E， 曝光时间为t,底片上单位面积接一、基本概念定义：外界物体对人眼的刺激强度。主观光亮度可以用具体的光度学的量来表示不同的外界物体对应不同的物理量特点：人眼对亮暗的感觉，属于主观范畴。表示方法：1、主观光亮度 人眼的主观光亮度 6-10一、基本概念定义：外界物体对人眼的刺激强度。主观光亮度可以用发光点发光体对人眼的视角很小，在视网膜上所成

26、的象小于一个视神经细胞的直径发光面发光体对人眼张角较大，在视网膜上所成的象有一定面积2、外界物体的分类6-10 人眼的主观光亮度发光点发光体对人眼的视角很小，在视网膜上所成的象小于一个视神二、人眼直接观察发光点时的主观光亮度1、衡量标准：进入人眼的光通量All=f 6-10 人眼的主观光亮度二、人眼直接观察发光点时的主观光亮度1、衡量标准：进入人眼的由光通量公式：而因此All =f 2、计算公式6-10 人眼的主观光亮度由光通量公式：而因此All =f 2、计算公式6-10结论： 主观光亮度与物体发光强度 I 、人眼瞳孔 直径 a 的平方成正比举例：观察两颗星星观察马路边的一排路灯 与距离平方

27、成反比6-10 人眼的主观光亮度结论：举例： 与距离平方成反比6-10 人眼的主观光亮三、人眼对发光面的主观光亮度像平面光照度公式 眼睛的透过率物体光亮度 n1 n =n眼1.336三、人眼对发光面的主观光亮度像平面光照度公式 人眼对发光面的主观光亮度：讨论：日常生活中感觉不管是发光点还是发光面，距离越远越暗，越近越亮，与上式是否矛盾？6-10 人眼的主观光亮度人眼对发光面的主观光亮度：讨论：日常生活中感觉不管是发光点还问题：夜晚直接用人眼观察星星以及用望远镜观察， 哪种情况感觉亮？如果观察的是月亮呢？通过望远镜观察的主观光亮度 6-11问题：夜晚直接用人眼观察星星以及用望远镜观通过望远镜观察

28、的主一、发光点1、D a: 望远镜出瞳小于等于眼睛瞳孔直径进入仪器的光通量从仪器出来的光通量通过仪器观察的主观光亮度6-11 通过望远镜观察的主观光亮度一、发光点1、D a: 望远镜出瞳小于等于眼睛瞳孔直径进如果发光强度I一定，则口径 越大，观察距离可以越大，即可以发现更远的星星通过仪器观察的主观光亮度如果观察距离一定，则口径 越大，发光强度I可以更小，即可以发现发光更微弱的星星总之，对天文望远镜来说，口径越大越好6-11 通过望远镜观察的主观光亮度如果发光强度I一定，则口径 越大，观察距离可以越大，即可以发2、D a: 望远镜出瞳大于眼睛瞳孔直径DDaaD 6-11 通过望远镜观察的主观光亮

29、度2、D a: 望远镜出瞳大于眼睛瞳孔直径DDaaD 比较：将两种情况下的主观光亮度与人眼直 接观察时对比：Da 时的主观光亮度之比Da 时的主观光亮度之比Da/a6-11 通过望远镜观察的主观光亮度比较：将两种情况下的主观光亮度与人眼直Da 时的主观光亮例：某天文台有一天文望远镜，口径为2.16米，人眼瞳孔在夜晚为a=8mm。Da 时的主观光亮度之比Da 时的主观光亮度之比Da/aDa情形：例如视放大率为10，则可以提高约100倍6-11 通过望远镜观察的主观光亮度例：某天文台有一天文望远镜，口径为2.16米，人眼瞳孔在夜晚二、发光面1、D a: 望远镜出瞳小于瞳孔直径进入眼睛光束 D望远镜

30、的像的光亮度LL =仪L6-11 通过望远镜观察的主观光亮度二、发光面1、D a: 望远镜出瞳小于瞳孔直径进入眼睛光主观光亮度与人眼直接观察时对比：6-11 通过望远镜观察的主观光亮度主观光亮度与人眼直接观察时对比：6-11 通过望远镜观2、D a: 望远镜出瞳大于等于瞳孔直径与人眼直接观察时对比：6-11 通过望远镜观察的主观光亮度2、D a: 望远镜出瞳大于等于瞳孔直径与人眼直接观察时DaD=a进入的光束DD=a;面积大了2倍，d大2倍；视网膜上的像大了倍，面积大了2 倍；光照度不变。但望远镜有吸收反射损失，所以照度有下降6-11 通过望远镜观察的主观光亮度DaD=a进入的光束DD=a;面

31、积大了2倍，daD进入的光束DDa;面积放大不到2倍；视网膜上的像还是大了倍，面积大了2 倍；光照度减小。再加上望远镜有吸收反射损失，主观光亮度降低Da6-11 通过望远镜观察的主观光亮度aD进入的光束DDa;面积放大不到2倍；Da主观光亮度降低的少一些a6-11 通过望远镜观察的主观光亮度Da主观光亮度降低的少一些a6-11 通过望远镜观6-12 光学系统中光能损失的计算一、光能损失的原因1”1”2”21、光束在光学零件表面的反射；2、光束通过介质时的吸收。影响：光学系统成像光亮度降低 像的清晰度下降 形成寄生像6-12 光学系统中光能损失的计算一、光能损失的原因二、反射损失计算反射系数 ：

32、介质分界面反射光通量和入射光通量之比1”1”2”26-12 光学系统中光能损失的计算二、反射损失计算反射系数 ：介质分界面反射光通量和入射二、反射损失计算1”1”2”26-12 光学系统中光能损失的计算二、反射损失计算1”1”2”26-12 光三、吸收损失计算ldl1+d 2实验表明：入射光通量越大，吸收越大，光线所走路程越长，吸收越大6-12 光学系统中光能损失的计算三、吸收损失计算ldl1+d 2实验表明：入射光三、吸收损失计算ldl1+d 26-12 光学系统中光能损失的计算三、吸收损失计算ldl1+d 26-12 如果同时考虑光能的反射和吸收损失，则有6-12 光学系统中光能损失的计算

33、如果同时考虑光能的反射和吸收损失，则有6-12 光学系实际情况下：是分界面两边介质n, n和光束入射角I的函数。介质折射率变化变化曲线6-12 光学系统中光能损失的计算实际情况下：是分界面两边介质n, n和光束入射角I的函数光束入射角I改变时的变化曲线冕牌玻璃：0.04 火石牌玻璃：0.05I 40度时，反射系数基本不变，可以不考虑由于入射角的变化而引起的变化。6-12 光学系统中光能损失的计算光束入射角I改变时的变化曲线冕牌玻璃：0.04 对于具有金属镀层的反射镜，由于反射层的吸收和散射，也要产生光能损失。光能损失的大小与所镀物质有关。镀铝 0.85镀银 0.90：透明系数平均值 0.99综

34、合考虑，代入公式6-12 光学系统中光能损失的计算对于具有金属镀层的反射镜，由于反射层的吸收和散射，也要产生光透过率公式其中：N1：镀铝面数N2：镀银面数N3：冕牌玻璃和空气接触面数N4：火石玻璃和空气接触面数 ：沿光轴计算的玻璃总厚度（以厘米为单位）6-12 光学系统中光能损失的计算透过率公式其中：N1：镀铝面数N2：镀银面数N3：冕牌玻璃和为了减少光学零件表面的反射损失，可以在光学零件表面镀增透膜。最常见的化学镀增透膜使反射损失降到0.01, 此时，公式变为6-12 光学系统中光能损失的计算为了减少光学零件表面的反射损失，可以在光学零件表面镀增透膜。例：计算周视瞄准镜的透过系数6-12 光

35、学系统中光能损失的计算例：计算周视瞄准镜的透过系数6-12 光学系统中光能损零件号名称材料透镜厚度或棱镜展开厚度(cm)与空气接触的表面数镀银面数1234567保护玻璃直角棱镜道威棱镜物镜正透镜物镜负透镜屋脊棱镜分划板目镜第一透镜目镜第二透镜目镜第三透镜目镜第四透镜冕冕冕冕火石冕冕火石冕冕火石0.32.65.280.350.22.90.30.10.520.520.12221122111116-12 光学系统中光能损失的计算零件号名称材料透镜厚度或棱镜展开厚度(cm)与空气接触的表面由此可见，光能损失非常大，镀膜以后，透过率为镀膜以后，透过率大大提高如果不镀膜，透过率为6-12 光学系统中光能损

36、失的计算由此可见，光能损失非常大，镀膜以后，透过率为镀膜以后，透过率投影系统及其光能计算10-5 投影仪的作用及其类别10-6 投影仪中的照明系统10-7 投影物镜10-8 投影系统中的光能计算投影系统及其光能计算10-5 投影仪的作用及其类别10-5 投影仪的作用及其类别作用：把一定大小的物体用光源照明后成像到屏幕上进行观察和测量种类：电影放映机，幻灯机，投影仪等要求：成像清晰；物像相似 像面有足够的光照度，分布均匀10-5 投影仪的作用及其类别作用：把一定大小的物体二、投影系统的组成1、投影物镜：把一定大小的物体成像在屏幕上，使成像清晰，物象相似yy2、照明系统：照明物体，充分利用光源发出

37、的光能，并使照明均匀。10-5 投影仪的作用及其类别二、投影系统的组成1、投影物镜：把一定大小的物体成像在屏幕上三、投影系统的分类第一类：临界照明:光源通过照明系统成像在物平面上，照亮物体；物体在经投影物镜成像在屏幕上。电影放映机照明系统光源投影物镜屏幕ABBA10-5 投影仪的作用及其类别三、投影系统的分类第一类：临界照明:光源通过照明系统成像在物反射照明透射照明10-5 投影仪的作用及其类别反射照明透射照明10-5 投影仪的作用及其类别第二类：柯勒照明:光源通过照明系统成像在投影物镜的入瞳上；物体在经投影物镜成像在屏幕上。幻灯机，放大机10-5 投影仪的作用及其类别第二类：柯勒照明:光源通

38、过照明系统成像在投影物镜的入瞳上；物计量用的投影仪，为避免调焦不准，采用物方远心光路10-5 投影仪的作用及其类别计量用的投影仪，为避免调焦不准，采用物方远心光路10-5 10-6 投影仪中的照明系统一、聚光照明系统的作用和要求提高光源的利用率，使光源发出的光能尽可能多地进入投影物镜；充分发挥投影物镜的作用，使照明光束能充满物镜的口径；使投影物平面照明均匀，即物平面上各点地照明光束口径尽可能一致。10-6 投影仪中的照明系统一、聚光照明系统的作用和二、照明系统的基本结构型式偏转角U-U 202030305010-6 投影仪中的照明系统二、照明系统的基本结构型式偏转角U-U 20203非球面透镜

39、：简化结构，消球差螺纹透镜：消球差10-6 投影仪中的照明系统非球面透镜：简化结构，消球差螺纹透镜：消球差10-6 10-7 投影物镜一、投影物镜的作用 将被光源照明的投影物体成像在屏幕上保证成像清晰、物像相似与照明系统合理配合，保证屏幕上有足够的光照度投影物镜的光学特性视场，相对孔径，放大率，工作距离10-7 投影物镜一、投影物镜的作用 将被光源(一)、视场 线视场：投影物体的最大尺寸例如：一个100倍的投影物镜，屏幕尺寸为1500mm，线视场为10-7 投影物镜(一)、视场 线视场：投影物体的最大尺寸例如：一个10(二)、相对孔径 通常，屏幕距投影物镜距离与物镜焦距相比，达数十倍，因此投影

40、物平面近似为物镜的物方焦平面因为所以光照度与相对孔径的平方成正比光照度与垂轴放大率的平方成反比10-7 投影物镜(二)、相对孔径 通常，屏幕距投影物镜距离与物镜焦距相(三)、放大率 放大率越大，屏幕上的像越大，测量精度越高有所以，焦距一定时，放大率增大，像距加大，物像之间的距离加大，系统结构尺寸加大。10-7 投影物镜(三)、放大率 放大率越大，屏幕上的像越大，测量精度越(四)、工作距离 与屏幕共轭的物平面到投影物镜第一面的距离叫做工作距离工作距离太小，会影响使用工作距离与物镜放大率，物像之间的共轭距有关物镜焦距一定，放大率低，工作距离就长；当放大率一定时，物像之间的共轭距大，工作距离就长10

41、-7 投影物镜(四)、工作距离 与屏幕共轭的物平面到投影物镜第一面的二、投影物镜的结构型式投影物镜与照相物镜同属一类光学系统 视场较小时：校正球差，彗差，轴向色差视场较大时：还需校正像散，场曲例如：长工作距离物镜10-7 投影物镜二、投影物镜的结构型式投影物镜与照相物镜同属一类光学系统 视例如：大相对孔径物镜用于反射式，物体不透明，光能量很低，相对孔径需很大 10-7 投影物镜例如：大相对孔径物镜用于反射式，物体不透明，光能量很低，相对10-8 投影系统中的光能计算 已知投影系统结构参数，求像平面光照度 已知像平面光照度，求投影系统和照明系统结构参数10-8 投影系统中的光能计算 已知投影系统结构参数【例1】假定一个35mm的电影放映机，采用电弧作光源，要求屏幕照度为100lx，放映机离开银幕的距离为50m，银幕宽7m，求放映物镜的焦距和相对孔径。35mm电影机的片框尺寸 为2116mm2，要求放映物镜的放大率为根据放大率公式 由于像距比焦距大得多，所以xl=50000mm。将=-333代入以上公式，得f=x/=-50000/(-333)=150mm10-8 投影系统中的光能计算【例1】假定一个35mm的电影放映机，采用电弧作光源，要求屏根据像平面光照度公式有假定