应用光学 第五章 光度学.ppt

量和方向等属性。
03
光的相干性
相干光是指频率、振动方向和 相位都相同的光，具有干涉和
衍射等特性。
光度量基本概念
03
光照度
发光强度
光亮度
表示单位面积上接受到的光通量，单位为 勒克斯（Lux）。
表示光源在给定方向上的光强，单位为坎 德拉（Candela）。
表示单位面积上发出的光强，单位为尼特 （Nit）。
《光度学与色度学》PPT课 件
目录
• 光度学基础 • 色度学基础 • 光度测量与照明设计 • 色度测量与显示技术 • 光度学与色度学的应用
01
光度学基础
光的本质与特性
01
光的波动性
光是一种电磁波，具有振幅、 频率和相位等波动特性。
02
光的粒子性
光具有粒子特性，可以表现为 能量子的形式，具有能量、动
亮度计
测量物体表面的反射光亮度，常用于显 示屏幕亮度的测量。
照明设计基础
照明目的与需求
根据不同的使用场景和需 求，如阅读、工作、娱乐 等，选择合适的照明方式 和灯具。
照明质量
包括照度、均匀度、色温 、显色指数等参数，直接 影响照明效果和舒适度。
灯具选择
根据照明需求和场景，选 择合适的灯具类型和规格 ，如吊灯、壁灯、台灯等 。
照明设计案例分析
家庭照明设计
根据家庭成员的生活习惯和喜好，结合房间的功能和布局，进行合理的照明规 划和布置。
商业照明设计
根据商业场所的特点和需求，如商场、餐厅、办公室等，进行专业的照明设计 和布置，提高商业空间的品质和吸引力。
04
色度测量与显示技术
色度测量设备与技术
色度测量设备
色度计是用于测量物体颜色的仪器，其原理基于光谱光度测 量。常用的色度计类型包括光谱光度计和积分球光度计。

Applied Optics
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1
本门课程的主要学习内容
第一章 几何光学基本原理 第二章 共轴球面系统的物像关系 第三章 眼睛和目视光学系统 第四章 平面镜棱镜系统 第五章 光学系统中成像光束地选择
第六章 辐射度学和光度学基础
第八章 光学系统成像质量评价
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第一章 几何光学基本原理
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物像位置
物像大小
y nl
y nl
牛顿公式
高斯公式
f ' f 1 l' l
1、垂轴放大率 2、轴向放大率
3、角放大率
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要点回顾
1.物像空间不变式
Jnuy n'u'y'
2.物方焦距和像方焦距的关系
3.三种放大率之间的关系
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要点回顾
一、物像位置公式 1、牛顿公式 2、高斯公式
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第二章 共轴球面系统的物像关系
本章内容：共轴球面系统求像。由 物的位置和大小求像的位置和大小
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§2－5 共轴理想光学系统的基点—主平面和焦点
一. 放大率β=1的一对共轭面—主平面 二. 无限远的轴上物点和它所对应的像点F‘—像方焦点
三. 无限远的轴上像点和它所对应的物点F—物方焦点
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§2－5 共轴理想光学系统的基点—主平面和焦点
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§2－5 共轴理想光学系统的基点—主平面和焦点
问题
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§2－8 用作图法求光学系统的理想像
理想光学系统

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波长
辐 通 量
8 7 6 5 4 3 2 1 0
x 10
20~1200℃范围内黑体单色辐通量
300℃ 280℃
250℃ 220℃ 200℃ 180℃ 150℃ 120℃ 100℃ 80℃ 50℃
0 1 2 3 4 5 6 7 8
20℃
10 11 12 13 14 15
9
波长
20~300℃范围内黑体单色辐通量
dΩ内发出的光通量为dΦv，则点光源在该方向上的发光强度Iv为：
Iv d v d
（坎德拉cd）
1979年第十六届国际计量大会对发光强度的单位坎德拉作了明 确的规定：“一个光源发出频率为540×1012Hz的单色光，在一定 方向的辐射强度为1/683（W/sr），则此光源在该方向上的发光强 度为1坎德拉”。 ⑤ 光亮度Lv： 发光面的元面积dA，在和发光表面法线N成θ角的 方向，在元立体角dΩ内发出的光通量为dΦv，则光亮度Lv为：
v
v
780 380 780
K mV e d
' '
380
K mV e d
5.2光传播过程中光学量的变化规律
1.点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
照度:
E
d dA
d Id
dA cos d 2 r
5 4
15 h c 5 . 67032 0 . 00071
3 2
10 8
(W/m
2
K )
4
（3）实际辐射表面 实际辐射表面单色辐射功率按波长分布是不规则的，而 且在同一温度下实际辐射表面单色辐射功率总是小于对应波 长下黑体单色辐射功率。 引入发射率（黑体系数）：

谢谢！
《应用光学》全套
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
பைடு நூலகம்
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿

激光及其材料
（动画）
动画
光沿x轴方向传播
光学纤维材料---光的传输
（动画）
（动画）
（动画）
光纤分类： 按折射率剖面分布和传输方式
单模光纤
直径只有几个μm，只传输单模光束
阶跃型多模光纤
由低折射率玻璃外层包覆高折射率玻璃芯子
渐变型多模光纤
折射率沿光纤径向由中央向四周连续减小
5.1 材料的透光性
动画
动画
双折射
两束折射线中的一束始终遵守折射定律 这一束折射光称为寻常光，通常用o表示， 简称o光；另一束折射光不遵守普通的折 射定律这束光通常称为非常光，用e表示， 简称e光。
寻常光折射率no一折射率不随入射方向而改变。 非寻常光折射率ne－折射率随入射方向而改变。
如胶体金（红色）、银（黄色）、铜（红色） 及硫硒化镉）等：
1) 金属胶体着色剂的颜色决定于粒子的大小
如胶态金的水溶液，
d = 20~50nm 强烈红色
d < 20nm
弱黄色
d = 100~150nm 透射呈蓝色，粒尺寸对颜色影响很小，如硫硒化镉胶体着 色玻璃时，总能得到色调相同、颜色鲜艳的大红玻 璃，只有当粒径大于10nm时玻璃才开始失去透明。
朗伯特定律
各种材料对光的吸收
金属：对光的吸收强烈，可见光区吸收系数大。 原因：在于金属的价电子处于未满带，吸收光子后 即呈激发态，不必跃迁到导带就能发生碰撞 而发热。
绝缘性材料：可见光区吸收系数小。 原因：绝缘性材料的价电子处在价带，光子的能量 又不足以使价电子跃迁到导带。
绝缘材料在紫外光区吸收系数急剧增大 原因：紫外光的能量达到禁带宽度。
如，Co2+吸收橙、黄和部分绿光而呈现带紫的 蓝色；U6+吸收紫、蓝光而显带绿荧光的黄绿色。

③倾斜于光轴入射的平行光束经过系统后交于像方 焦平面上的一点；
F
● -ω H H’
●
F’
§2.2理想光学系统的物像关系 IBe
2.2.1图解法求像
④自物方焦平面上一点发出的光束经系统后成倾斜于 光轴的平行光束；
F
●
●
H H’ ω’
F’
§2.2理想光学系统的物像关系 IBe
2.2.1图解法求像
⑤共轭光线在主面上的投射高度相等，即一对主平面 的横向放大率为＋1。
n' n n'n n' n
l' l r r
l' l
IBe
nl' n' n
n'l l' l
1
❖ ①物像等距离分布在平面镜两侧；
❖ ②物像大小相等、形状相同；
❖ ③像与物各对应点的连线与平面镜垂直；
❖ ④物像虚实相反。
IBe ※ 3.平面镜旋3.转1平面镜与平行平 板I1'' (I '')
※ 1.焦点、焦面 ❖ ②物方焦面、像方焦面
IBe
F
F’
❖ 物焦面方实焦 上际面 一上： 点是发过许出F点多的作不所垂同有直方光于向，光光经轴的系的会统平聚后面点一；的定集成合斜。
❖ 像平焦方 行 点焦 光 则面 束 是： ； 焦面过 当上F斜’点的平作最行垂特光直殊入于的射光点时轴，，的它一平是定面平会。行聚于于光像 方轴焦 的面 光上 的一 会点 聚。点。
I1 I
N N’ (I ) I
2
α
I1
θ -I’’1
I -I’’ P’
P
α
Q
Q’
❖ 平面镜旋转α角，则反射光线方向改变了2α角。

光反射、介质对光的吸收、以及反射面对光的透射和吸收
等所造成的光能损失。常用光学系统的透射比


来
衡量光学系统中光能损失的大小。式中 为经入瞳进入 系统的光通量， 为由系统出瞳入射的光通量。
（一）光在两透明介质界面上的反射损失 光照射到两透明介质光滑界面上时，大部分光折射到
另一介质中，也有一小部分光反射回原介质，反射光没通 过界面，形成光能损失。
3、漫透射体与漫反射体。
余弦辐射体可能是自发光面，如绝对黑体、平面灯 丝钨灯等，也可能是透射或反射体。受光照射经透射或 反射形成的余弦辐射体，称做漫透射体和漫反射体。乳 白玻璃是漫透射体，其经光照射后透射光强度分布如图 5-8a所示；硫酸钡涂层表面是典型的漫反射面，其反射 光强度分布如图5-8b所示。
反射光通量与入射光通量之比称为反射比，通常以 表示。由光的电磁理论可以导出。


1 2
[
sin sin
2 2
(i (i

i') i')

tg 2 (i tg 2 (i

i')] i')
i i' 分别为入射击角和折射角。 与 i i' 有关
当光垂直入射或近似于垂直入射时 ( n n )
.
v
则光亮度为:
doe
N
Lv

dv
cosdAd

Iv
cosdA
d
dA
单位：cd/m2
亮度可理解为单位面积的发光强度
cos dA
图5-1 辐亮度定义中各量的示意图
表示有限尺寸的发光体发出的可见光在空间分布的情况.
三、辐射量与光学量之间的关系

Object telecentric system: It is often used in the measuring microscope. Its effect is to eliminate the measuring error caused by the position errors of the image plane.
Depth of Field: the distance between the farthest and the nearest object planes which can still be formed clearly on the image plane. The size of the acceptable blur is a subjective concept.
2. Selection of Image Rays in Microscope and Telecentric System .
P121
Telecentric System


Object telecentric system： The aperture stop is on the second focal plane; the entrance pupil is at infinity.
D0 C0 B0 A0 A
B C D
Exit pupil Exit window
The vignetting will increase as the field angle of view increases. Effect of the vignetting: If a system has the vignetting, there will be a transition area in the image plane, changing from bright to dim, without a clear borderline. Reducing the vignetting: The field stop must coincide with or be near the real image plane of the system.