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1、第第6 6章章 光照度的计算光照度的计算本讲稿第一页，共三十一页一、被直接照明的物面光照度一、被直接照明的物面光照度 微小面积微小面积dsds上所获得的光通量为上所获得的光通量为 d=I d 由立体角定义得由立体角定义得 d=cosi ds/r2 于是有于是有 d=I cosi ds/r2ONO dsirdd本讲稿第二页，共三十一页光照度的余弦定律光照度的余弦定律 将上述结果代入（将上述结果代入（6-11）式，即得）式，即得 E=d/ds=I*cosi/r2 光照度的光照度的距离平方反比定律距离平方反比定律：微面积的光照度与点光源的发光强度成正比，微面积的光照度与点光源的发光强度成正比，与微面
2、积的法线与照明光束轴线的夹角与微面积的法线与照明光束轴线的夹角i 余弦成正比，余弦成正比，且与光源到该面积的距离平方成反比。且与光源到该面积的距离平方成反比。本讲稿第三页，共三十一页光照度的计算光照度的计算E=I*cosi/r2ONO dsir本讲稿第四页，共三十一页 光照度的余弦定律光照度的余弦定律 垂直照明时，称为照度的距离平方反比定律：垂直照明时，称为照度的距离平方反比定律：E=I/r 2 注意：这里距离注意：这里距离r 的单位为米。的单位为米。本讲稿第五页，共三十一页光照度的比较测量光照度的比较测量 I I1 1*cosi*cosi/r/r1 12 2 I I2 2*cosi*cosi
3、/r/r2 22 2I I1 1 /r/r1 12 2=I=I2 2/r/r2 22 2本讲稿第六页，共三十一页二、光学系统中像平面的光照度二、光学系统中像平面的光照度 设物体为余弦辐射体，物和像面光亮度分别为设物体为余弦辐射体，物和像面光亮度分别为L L、L L 入瞳入瞳出瞳出瞳本讲稿第七页，共三十一页光学系统中像平面的光照度光学系统中像平面的光照度 通过对入瞳面积分的方法，可求得像面中心微面积在通过对入瞳面积分的方法，可求得像面中心微面积在孔径角为孔径角为U U 的立体角范围内所接受的光通量的立体角范围内所接受的光通量为为 =L ds sin2U 于是，像面中心微小面积上的光照度为于是，像
4、面中心微小面积上的光照度为Eo =/ds =L sin2U 本讲稿第八页，共三十一页光学系统中像平面的光照度光学系统中像平面的光照度 光学系统处于同一介质中时，物、像面的光亮度传光学系统处于同一介质中时，物、像面的光亮度传递关系有递关系有 L =k L 于是，像面中心微小面积上的光照度为于是，像面中心微小面积上的光照度为 Eo =k L sin2U 此式表明，此式表明，当物面亮度一定时，像面光照度与孔径角当物面亮度一定时，像面光照度与孔径角的正弦平方成正比的正弦平方成正比。本讲稿第九页，共三十一页像面光照度与视场的关系像面光照度与视场的关系-lAUAD-UEE-l本讲稿第十页，共三十一页像面光
5、照度与视场的关系像面光照度与视场的关系 轴外像点轴外像点A A 的光照度：的光照度：E =k L sin2U 当当U 不大时，有不大时，有 coscosD D/2 D/2 D/2/2sinU tgU =cos2 lo o/cos/cos lo o =tgU cos2 sinU cos2 本讲稿第十一页，共三十一页像面光照度与视场的关系像面光照度与视场的关系E =k L sin2U cos4 =Eo cos4此式表明，此式表明，轴外像点的光照度随视场角增加按轴外像点的光照度随视场角增加按cos4 的规律迅速降低的规律迅速降低。0 0 1010 2020 3030 4040 5050 E /Eo
6、1 10.9410.9410.7800.7800.5630.5630.3440.3440.1710.171本讲稿第十二页，共三十一页光学系统中的光能损失计算一、透射面的反射损失一、透射面的反射损失二、镀金属层反射面的吸收损失二、镀金属层反射面的吸收损失三、光学材料的吸收损失三、光学材料的吸收损失本讲稿第十三页，共三十一页一、透射面的光能损失 由物理光学可知，当光线垂直或接近垂直入射两由物理光学可知，当光线垂直或接近垂直入射两介质的抛光界面时，其反射率为介质的抛光界面时，其反射率为 (n(n n)n)2 2 =(n(n +n)+n)2 2 此式表明，界面两边介质的折射率差越大，反射率此式表明，界
7、面两边介质的折射率差越大，反射率也越大。也越大。本讲稿第十四页，共三十一页光学玻璃表面的反射光能损失光学玻璃表面的反射光能损失 例：例：折射率为折射率为1.51.5的玻璃与空气交接面上的反射损失达到了的玻璃与空气交接面上的反射损失达到了4%4%。100%4%92%n n 本讲稿第十五页，共三十一页透射面的反射损失 对于一个已知反射率的透射面，其透过率为对于一个已知反射率的透射面，其透过率为 1 =(1)若光学系统有若光学系统有K K1 1个透射面，且只考虑反射损失，则个透射面，且只考虑反射损失，则其总透过率为其总透过率为 1 =(1)K K1 1本讲稿第十六页，共三十一页100500direc
8、t flow =92(100 -4-4)r=4%r=4%reflex =20(500 X 4%)透射面反射损失产生的不利影响透射面反射损失产生的不利影响本讲稿第十七页，共三十一页增透膜增透膜-减少减少透射面的反射损失透射面的反射损失对于透镜中的双胶合面，其影响很小。对于透镜中的双胶合面，其影响很小。为了减少反射损失和不利影响，通常在与空气接触为了减少反射损失和不利影响，通常在与空气接触的各光学表面镀增透膜。的各光学表面镀增透膜。镀膜后，每面镀膜后，每面值可降至值可降至0.020.02 0.010.01以下。以下。本讲稿第十八页，共三十一页二、镀金属层反射面的吸收损失二、镀金属层反射面的吸收损失
9、 设每一反射面的反射率为设每一反射面的反射率为2，由于此时的透过率由于此时的透过率等于反射率，则光束通过有等于反射率，则光束通过有K2个镀金属反射面的光个镀金属反射面的光学系统时，其透过率为学系统时，其透过率为 2=2 K2 这里，这里，2 值随不同的金属镀层而异。值随不同的金属镀层而异。本讲稿第十九页，共三十一页三、光学材料的吸收损失三、光学材料的吸收损失光学材料：透明程度，且内部有杂质、气泡、浑浊等。光学材料：透明程度，且内部有杂质、气泡、浑浊等。1 1cm cm 厚的玻璃：最大吸收厚的玻璃：最大吸收0.030.03，最小吸收，最小吸收0.0010.001本讲稿第二十页，共三十一页光学材料
10、的吸收损失光学材料的吸收损失光学材料的吸收率光学材料的吸收率，则光学材料的透明率为则光学材料的透明率为 3=(1)于是，光束通过于是，光束通过d 厘米的材料时，其透明率为厘米的材料时，其透明率为 3=(1)d 本讲稿第二十一页，共三十一页光能损失总计算：1、透射面的反射损失：透射面的反射损失：1 =(1)K12、镀金属层反射面的吸收损失：镀金属层反射面的吸收损失：2=2K23、光学材料的吸收损失：光学材料的吸收损失：3=(1)d 因此，总透过率为因此，总透过率为 =1 2 3=(1)K1 2 K2(1)d 本讲稿第二十二页，共三十一页光度学与视觉 1 1、光照度与视力、光照度与视力 2 2、光
11、亮度与视力、光亮度与视力本讲稿第二十三页，共三十一页眩光 眩光眩光是指由于视野中的光源的高密度分布和高密度范围不是指由于视野中的光源的高密度分布和高密度范围不适宜，或存在极端的高密度对比，以至引起不舒适感觉或降低适宜，或存在极端的高密度对比，以至引起不舒适感觉或降低了对目标和细节的分辨能力的视觉现象。了对目标和细节的分辨能力的视觉现象。眩光现象是影响视觉眩光现象是影响视觉质量的最重要因素之一。质量的最重要因素之一。眩光光源眩光光源直接眩光光源：直接眩光光源：太阳夜间对方来车车灯间接眩光光源：间接眩光光源：光亮的墙面、水面、镜面等物面上反射的光本讲稿第二十四页，共三十一页1、不适性眩光、不适性眩
12、光 由于视野中不同区域中亮度相差太大或过亮的照明所致，由于视野中不同区域中亮度相差太大或过亮的照明所致，会导致视觉不适，引起心理上不舒适的感觉，如头痛、眼部会导致视觉不适，引起心理上不舒适的感觉，如头痛、眼部疲劳、烧灼感、流泪等，但不一定影响视力和视功能。疲劳、烧灼感、流泪等，但不一定影响视力和视功能。如：强阳光下或在很亮的光源直射的视野中看书如：强阳光下或在很亮的光源直射的视野中看书 正午从室内走到室外正午从室内走到室外 夜间对方来车的强灯光照射夜间对方来车的强灯光照射本讲稿第二十五页，共三十一页2、失能性眩光、失能性眩光 不一定引起不舒适的感觉，但导致视力或视功能下不一定引起不舒适的感觉，
13、但导致视力或视功能下降的眩光，又称幕罩样眩光。这种视功能的下降是由于降的眩光，又称幕罩样眩光。这种视功能的下降是由于眩光光源经过眼外不均匀介质或角膜、晶状体等眼内组眩光光源经过眼外不均匀介质或角膜、晶状体等眼内组织时产生散射，在眼内形成光幕，其叠加于视网膜物像织时产生散射，在眼内形成光幕，其叠加于视网膜物像上，造成光幕性视网膜照明，导致视网膜物像的对比度上，造成光幕性视网膜照明，导致视网膜物像的对比度下降，视功能随之下降。下降，视功能随之下降。本讲稿第二十六页，共三十一页3、目盲眩光、目盲眩光视野中存在极端强度的眩光光源，即使在其被移除一段时间视野中存在极端强度的眩光光源，即使在其被移除一段时
14、间后，我们仍无法可见任何物体，产生类似于一种暂时的后，我们仍无法可见任何物体，产生类似于一种暂时的“目盲目盲”状态。状态。如在直视很强的闪耀灯照射后，周围的物体不能分辨。如在直视很强的闪耀灯照射后，周围的物体不能分辨。本讲稿第二十七页，共三十一页眩光产生的原因眩光产生的原因1、光源亮度原因光源亮度原因1)1)环境亮度越低，光源本身的亮度越高，眩光越显著环境亮度越低，光源本身的亮度越高，眩光越显著2)2)光源与眼睛的距离越近，投射方向越靠近视轴，眩光越强烈光源与眼睛的距离越近，投射方向越靠近视轴，眩光越强烈3)3)光源的表观面积越大，光源数目越多，眩光越显著光源的表观面积越大，光源数目越多，眩光越显著本讲稿第二十八页，共三十一页2.2.眩光产生的生理原因眩光产生的生理原因1)高亮度的刺激，使瞳孔缩小2)晶状体等对光线的散射在眼内形成光幕3)视网膜受高亮度的刺激，使适应状态破坏本讲稿第二十九页，共三十一页眩光的防护眩光的防护1)降低眩光光源的亮度降低眩光光源的亮度2)增大光源与视轴之间的夹角增大光源与视轴之间的夹角3)佩戴防眩光眼镜佩戴防眩光眼镜 本讲稿第三十页，共三十一页 作业作业：思考题：思考题：4 4，6 6，7 7Thanks!本讲稿第三十一页，共三十一页