第6章 光照度的计算.ppt

光照度的计算 一、被直接照明的物面光照度一、被直接照明的物面光照度 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微小面积ds上所上所获得的光通量得的光通量为 d=I d由立体角定由立体角定义得得 d=cosi ds/r2于是有于是有 d=I cosi ds/r2ONO dsirdd光照度的余弦定律光照度的余弦定律 将上述将上述结果代入（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：微面微面积的光照度与点光源的的光照度与点光源的发光光强度成正比，度成正比，与微面与微面积的法的法线与照明光束与照明光束轴线的的夹角角i 余弦成正余弦成正比，且与光源到比，且与光源到该面面积的距离平方成反比。的距离平方成反比。光照度的计算光照度的计算E=I*cosi/r2ONO dsir 光照度的余弦定律光照度的余弦定律 垂直照明垂直照明时，称，称为照度的距离平方反比定律：照度的距离平方反比定律：E=I/r 2 注意：注意：这里距离里距离r 的的单位位为米。米。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/r/r2 22 2I I1 1 /r/r1 12 2=I=I2 2/r/r2 22 2二、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物体为余弦余弦辐射体，物和像面光亮度分射体，物和像面光亮度分别为L、L 入瞳入瞳出瞳出瞳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通过对入瞳面入瞳面积分的方法，可求得像面中心分的方法，可求得像面中心微面微面积在孔径角在孔径角为U 的立体角范的立体角范围内所接受的光内所接受的光通量通量为 =L ds sin2U 于是，像面中心微小面于是，像面中心微小面积上的光照度上的光照度为Eo =/ds =L sin2U 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光学系统处于同一介于同一介质中中时，物、像面的光，物、像面的光亮度亮度传递关系有关系有 L =k L 于是，像面中心微小面于是，像面中心微小面积上的光照度上的光照度为Eo =k L sin2U 此式表明，此式表明，当物面亮度一定当物面亮度一定时，像面光照度与孔，像面光照度与孔径角的正弦平方成正比径角的正弦平方成正比。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像面光照度与视场的关系像面光照度与视场的关系轴外像点外像点A 的光照度：的光照度：E =k L sin2U 当当U 不大不大时，有，有 cosD/2 D/2sinU tgU =cos2 lo/cos lo =tgU cos2 sinU cos2 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外像点的光照度随视场角增加按角增加按cos4 的的规律迅速降低律迅速降低。0 0 1010 2020 3030 4040 5050 E /Eo 1 10.9410.9410.7800.7800.5630.5630.3440.3440.1710.171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一、透射面的光能损失由物理光学可知，当光由物理光学可知，当光线垂直或接近垂直入射垂直或接近垂直入射两介两介质的抛光界面的抛光界面时，其反射率，其反射率为 (n n)2=(n +n)2 此式表明，界面两此式表明，界面两边介介质的折射率差越大，反射的折射率差越大，反射率率也越大。也越大。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：折射率折射率为1.51.5的玻璃与空气交接面上的反射的玻璃与空气交接面上的反射损失失达到了达到了4%4%。100%4%92%n n 透射面的反射损失对于一个已知反射率的透射面，其透于一个已知反射率的透射面，其透过率率为 1 =(1)若光学系若光学系统有有K1个透射面，且只考个透射面，且只考虑反射反射损失，失，则其其总透透过率率为 1 =(1)K1100500direct 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于透镜中的双胶合面，其影响很小。中的双胶合面，其影响很小。为了减少反射了减少反射损失和不利影响，通常在与空失和不利影响，通常在与空气接触的各光学表面气接触的各光学表面镀增透膜。增透膜。镀膜后，每面膜后，每面值可降至可降至0.020.02 0.010.01以下。以下。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设每一反射面的反射率每一反射面的反射率为2，由于此由于此时的透的透过率等于反射率，率等于反射率，则光束通光束通过有有K2个个镀金属反射面金属反射面的光学系的光学系统时，其透，其透过率率为 2=2 K2 这里，里，2 值随不同的金属随不同的金属镀层而异。而异。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，且内部有光学材料：透明程度，且内部有杂质、气泡、气泡、浑浊等。等。1 1cm 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光学材料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光学材料的透明率为 3=(1)于是，光束通于是，光束通过d 厘米的材料厘米的材料时，其透明率，其透明率为 3=(1)d 光能损失总计算：1、透射面的反射透射面的反射损失：失：1 =(1)K12、镀金属金属层反射面的吸收反射面的吸收损失：失：2=2K23、光学材料的吸收光学材料的吸收损失：失：3=(1)d 因此，因此，总透透过率率为 =1 2 3=(1)K1 2 K2(1)d 光度学与视觉1 1、光照度与、光照度与视力力2 2、光亮度与、光亮度与视力力眩光 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了对目标和细节的分辨能力的视觉现象。适感觉或降低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质量的最重要因素之一。眩光现象是影响视觉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1、不适性眩光、不适性眩光 由于视野中不同区域中亮度相差太大或过亮的照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，明所致，会导致视觉不适，引起心理上不舒适的感觉，如头痛、眼部疲劳、烧灼感、流泪等，但不一定影响如头痛、眼部疲劳、烧灼感、流泪等，但不一定影响视力和视功能。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不一定引起不舒适的感觉，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下降的眩光，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、晶状体等眼内组织时产生散射，在眼内形成光幕，其叠加于视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上，造成光幕性视网膜照明，导致视网膜物网膜物像上，造成光幕性视网膜照明，导致视网膜物像的对比度下降，视功能随之下降。像的对比度下降，视功能随之下降。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后，我们仍无法可见任何物体，产生类似于一一段时间后，我们仍无法可见任何物体，产生类似于一种暂时的种暂时的“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。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 作作业：思考思考题：4，6，7