第6章 光照度的计算.ppt

Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Master,光照度的计算,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,一、被直接照明的物面光照度,微小面积,ds,上所获得的光通量为,d,=I,d,由立体角定义得,d,=,cosi,ds,/,r,2,于是有,d,=I,cosi,ds,/,r,2,O,N,O,ds,i,r,d,光照度的余弦定律,将上述结果代入（6-11）式，即得,E=,d,/,ds,=I*,cosi,/r,2,光照度的,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，与微面积的法线与照明光束轴线的夹角,i,余弦成正比，且与光源到该面积的距离平方成反比。,光照度的计算,E=I*,cosi,/r,2,O,N,O,ds,i,r,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：,E,=,I,/r,2,注意：这里距离,r,的单位为米。,光照度的比较测量,I,1,*cosi,/r,1,2,I,2,*cosi,/r,2,2,I,1,/r,1,2,=I,2,/r,2,2,二、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,L、L,入瞳,出瞳,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孔径角为,U,的立体角范围内所接受的光通量,为,=,L,ds,sin,2,U,于是，像面中心微小面积上的光照度为,E,o,=,/,ds,=,L,sin,2,U,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、像面的光亮度传递关系有,L,=k,L,于是，像面中心微小面积上的光照度为,E,o,=,k,L,sin,2,U,此式表明，,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,。,像面光照度与视场的关系,-l,A,U,A,D,-,U,E,E,-l,像面光照度与视场的关系,轴外像点,A,的光照度：,E,=,k,L,sin,2,U,当,U,不大时，有,cosD/2 D/2,sinU,tgU,=,=cos,2,l,o,/,cos,l,o,=,tgU,cos,2,sinU,cos,2,像面光照度与视场的关系,E,=,k,L,sin,2,U,cos,4,=,E,o,cos,4,此式表明，,轴外像点的光照度随视场角增加按,cos,4,的规律迅速降低,。,0,10,20,30,40,50,E,/,E,o,1,0.941,0.780,0.563,0.344,0.171,光学系统中的光能损失计算,一、透射面的反射损失,二、镀金属层反射面的吸收损失,三、光学材料的吸收损失,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介质的抛光界面时，其反射率为,(n,n),2,=,(n,+n),2,此式表明，界面两边介质的折射率差越大，反射率,也越大。,光学玻璃表面的反射光能损失,例：,折射率为1.5的玻璃与空气交接面上的反射损失达到了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，其透过率为,1,=,(1,),若光学系统有,K,1,个透射面，且只考虑反射损失，则其总透过率为,1,=,(1,),K,1,100,500,direct,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,增透膜-,减少,透射面的反射损失,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，通常在与空气接触的各光学表面镀增透膜。,镀膜后，每面,值可降至0.02,0.01以下。,二、镀金属层反射面的吸收损失,设每一反射面的反射率为,2,，,由于此时的透过率等于反射率，则光束通过有,K,2,个镀金属反射面的光学系统时，其透过率为,2,=,2,K,2,这里，,2,值随不同的金属镀层而异。,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。,1,cm,厚的玻璃：最大吸收0.03，最小吸收0.001,光学材料的吸收损失,光学材料的吸收率,，,则光学材料的透明率为,3,=(1,),于是，光束通过,d,厘米的材料时，其透明率为,3,=,(1,),d,光能损失总计算：,1、,透射面的反射损失：,1,=,(1,),K,1,2、,镀金属层反射面的吸收损失：,2,=,2,K,2,3、,光学材料的吸收损失：,3,=(1,),d,因此，总透过率为,=,1,2,3,=,(1,),K1,2,K,2,(1,),d,光度学与视觉,1、光照度与视力,2、光亮度与视力,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。,眩光现象是影响视觉质量的最重要因素之一。,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：,光亮的墙面、水面、镜面,等物面上反射的光,1,、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,正午从室内走到室外,夜间对方来车的强灯光照射,2,、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下降，视功能随之下降。,3,、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后，我们仍无法可见任何物体，产生类似于一种暂时的“目盲”状态。,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,1,、,光源亮度原因,环境亮度越低，光源本身的亮度越高，眩光越显著,光源与眼睛的距离越近，投射方向越靠近视轴，眩光越强烈,光源的表观面积越大，光源数目越多，眩光越显著,2.,眩光产生的生理原因,高亮度的刺激，使瞳孔缩小,晶状体等对光线的散射在眼内形成光幕,视网膜受高亮度的刺激，使适应状态破坏,眩光的防护,降低眩光光源的亮度,增大光源与视轴之间的夹角,佩戴防眩光眼镜,作业,：,思考题：,4,，,6,，,7,Thanks!,