大學(xué)光學(xué)經(jīng)典課件L5-光闌

§9光闌1）光闌定義：

光具組內(nèi)光學(xué)元件的邊緣、框架或特別設(shè)置的帶孔屏障稱為光闌。2）光闌的種類：

孔徑光闌和視場光闌，所謂視場就是能成像的物面范圍。5/21/202413）孔徑光闌和視場光闌對軸上物點(diǎn)光束的口徑（立體角或者發(fā)光截面）限制得最多的光闌稱為孔徑光闌(有效光闌)。

對光具組成像的視場限制最多的光闌稱為視場光闌。5/21/202424）注意：

孔徑光闌限制成像物點(diǎn)的光束口徑，視場光闌限制成像的物面范圍，即物點(diǎn)個數(shù)。

5/21/202435）確定孔徑光闌的方法(1)把光具組中所有光闌當(dāng)作物，逐個地相對其前方系統(tǒng)成像。5/21/20244由軸上物點(diǎn)向每個像的邊緣引直線，其中與主光軸所夾銳角最小的即為入射孔徑角，

對應(yīng)的像即為入射光瞳，入射光瞳對應(yīng)的共軛物即為孔徑光闌。5/21/20245（3）將孔徑光闌向其后方系統(tǒng)成像，即為出射光瞳。由軸上像點(diǎn)出射光瞳邊緣連直線，與主光軸所夾銳角即為出射孔徑角。5/21/202466）注意：（1）只能向像的邊緣連線來比較誰對光束孔徑限制得最厲害。

（2）孔徑光闌的位置與軸上物點(diǎn)的位置有關(guān)。（3）考察的是對軸上物點(diǎn)通光孔徑的限制程度。（4）物點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處時，往往可以直接比較來確定。（5）確定孔徑光闌有兩種方法：計算法和作圖法。

5/21/202477）孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳三者之間的關(guān)系和各自的作用孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳三者之間的關(guān)系是物像共軛關(guān)系?？讖焦怅@的作用是控制光束的入射和出射能量，大多數(shù)情況下間接實(shí)施控制。對入射光束的直接控制由入射光瞳來承擔(dān)，對出射光束的直接控制由出射光瞳來承擔(dān)。5/21/202488）主光線和漸暈現(xiàn)象：主光線的定義：通過入射光瞳中心、有效光闌中心和出射光瞳中心的光線稱為主光線。每個物點(diǎn)僅對應(yīng)一條主光線。漸暈現(xiàn)象：像面邊緣逐漸變暗的現(xiàn)象。12341324a

D’1D2D’2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L5/21/202499）視場光闌的定義對軸外物點(diǎn)的主光線限制最多的光闌稱為視場光闌。12341324a

D’1D2D’2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L5/21/20241010）視場光闌的確定方法（1）由入射光瞳中心向由前方系統(tǒng)所成像的邊緣引直線，其中與主光軸夾角最小的銳角稱為入射視場角

，

對應(yīng)的像為入射窗，入射窗對應(yīng)的共軛物即為視場光闌。12341324a

D’1D2D’2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L5/21/202411（2）視場光闌經(jīng)后方系統(tǒng)所成的像稱為

出射窗。出射窗的邊緣與出射光瞳中心的連線與主光軸所夾銳角稱為

出射視場角

12341324a

D’1D2D’2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L5/21/20241211）注意：

在一個完整的光學(xué)系統(tǒng)中（兩個以上光學(xué)器件組成的光學(xué)系統(tǒng)），

孔徑光闌和視場光闌不能由同一個器件兼任。5/21/20241312）視場光闌，入射窗和出射窗之間的關(guān)系視場光闌，入射窗和出射窗三者之間的關(guān)系是物像共軛關(guān)系。

12341324a

D’1D2D’2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L5/21/202414視場光闌對物面范圍和像面范圍大小都能限制，大多數(shù)情況下間接實(shí)施控制，對物面范圍的直接限制由入射窗來承擔(dān)，對像面范圍的直接限制由出射窗來承擔(dān)。12341324a

D’1D2D’2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L5/21/202415例題：孔徑都等于4cm的兩個薄透鏡組成同軸光具組，一個透鏡是會聚的，其焦距為5cm；另一個是發(fā)散的，其焦距為10cm。兩個透鏡中心的距離為4cm。對于會聚透鏡前面6cm處的物點(diǎn)，試問：

(1)哪一個透鏡是有效光闌？

(2)入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里？其大小各等于多少？5/21/202416（1）將發(fā)散透鏡作為物對凸透鏡成像：代入高斯公式像高發(fā)散透鏡經(jīng)會聚透鏡所成的像對物點(diǎn)所張的孔徑角為5/21/202417（2）L1為入射光瞳，其直徑為4cm。會聚透鏡對物點(diǎn)所張的孔徑角為所以會聚透鏡為同軸光具組的有效光闌L1經(jīng)L2成的像為出射光瞳，其位置和大小分別為：5/21/202418§11光度學(xué)基本概念1）光度學(xué)和輻射度學(xué)光度學(xué)：研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科輻射度學(xué)：研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科5/21/2024192）輻射能通量（輻射功率）和輻射能通量的譜密度單位時間內(nèi)光源發(fā)出或通過一定接收截面的輻射能

單位：瓦

輻射能通量的譜密度：

輻射能通量的定義：5/21/2024203)視見函數(shù)定義：

V=1實(shí)驗(yàn)表明：

要引起與1mw的5550A的綠光相同亮暗感覺的4000A紫光需要2.5w.時，

，

在4000A---7600A范圍以外，V實(shí)際上已趨于05/21/2024214)適光性和適暗性視見函數(shù)由于眼睛里的圓錐和圓柱視神經(jīng)細(xì)胞在分別起作用，形成了適光性和適暗性視見函數(shù)。在昏暗的環(huán)境中，視見函數(shù)的極大值朝短波方向移動。所以在月光朦朧的夜晚，總感到周圍的一切籠罩了一層藍(lán)綠的色彩。5/21/2024225)光通量定義：

光源發(fā)出的輻射能通量通過視見函數(shù)的權(quán)重因子折合成對人眼起作用的有效視覺強(qiáng)度稱為光通量。單位：流明，

記作：

有：

或者：

最大光功當(dāng)量，

5/21/2024236)發(fā)光強(qiáng)度和輻射強(qiáng)度（1）點(diǎn)光源和面光源：（2）發(fā)光強(qiáng)度I：單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量，

單位：坎德拉，

其中

，

點(diǎn)光源r5/21/202424（3）注意：（a）發(fā)光強(qiáng)度的符號與光強(qiáng)的符號雖然相同，但與光強(qiáng)不是一個概念。（b）發(fā)光強(qiáng)度與方向有關(guān)，方向不同發(fā)光強(qiáng)度不同。（4）輻射強(qiáng)度：單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量，

其中

，

單位：

，

5/21/2024257）光亮度和輻射亮度（1）光亮度：面元ds沿r方向的光度學(xué)亮度B定義為在此方向上單位投影面積的發(fā)光強(qiáng)度單位：

或

擴(kuò)展光源法線nr5/21/202426（2）輻射亮度：單位：，

（3）注意：

人眼睛感知的是光源的亮度大小，不是發(fā)光強(qiáng)度的強(qiáng)弱。

5/21/2024278）余弦輻射體和朗伯定律（1）余弦（朗伯）發(fā)射體朗伯定律：余弦發(fā)射體沒有立體感，感到各處一樣亮，比如太陽

定義：如果一擴(kuò)展光源的發(fā)光強(qiáng)度從而其亮度B與方向無關(guān)，這類發(fā)射體稱為余弦發(fā)射體。5/21/202428證明：太陽中心處：

太陽邊緣部分的同樣方向：

因?yàn)椋?/p>

5/21/202429（2）余弦反射體：

如積雪、十分粗造的白紙等物體，也遵循朗伯定律。

（3）定向發(fā)射體：

比如：激光器。

激光器發(fā)出的光束通常是截面△S很小而高度平行，從而用不大的輻射功率就可獲得極大的輻射亮度。5/21/2024309）光照度和輻射照度（1）光照度定義：照射在單位面積上的光通量，

單位：lx或ph

（2）輻射照度定義：照射在單位面積上的輻射通量單位：W/cm2或W/m2

，

，

，

5/21/202431（3）點(diǎn)光源的照度，

點(diǎn)光源法線nr5/21/202432（4）面光源的照度5/21/202433(5)注意：（a）光強(qiáng)的概念與這里的輻射照度的概念一致。（b）