第6章 光照度的计算

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。
E=I/r2
注意：这里距离r 的单位为米。
光照度的比较测量
I1* cosi/r12
I2* cosi/r22
I1 /r12 = I2 /r22
二、光学系统中像平面的光照度
入瞳 出瞳
设物体为余弦辐射体，物和像面光亮度分别为L、L
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
直接眩光光源： 太阳 夜间对方来车车灯 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
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
lo/cos =
D/2
lo
cos2
= tgU cos2 sinU cos2
像面光照度与视场的关系
E = k L sin2U cos4
= Eo cos4 此式表明，轴外像点的光照度随视场角增加按 cos4 的规律迅速降低。

E/Eo
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
1) 环境亮度越低，光源本身的亮度越高，眩光越显著 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 3) 光源的表观面积越大，光源数目越多，眩光越显著
1、透射面的反射损失： 因此，总透过率为
= 1 2 3 = (1–ρ)K1 ρ2 K2 (1– )Σd
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。
2. 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
1) 降低眩光光源的亮度
2) 增大光源与视轴之间的夹角
3) 佩戴防眩光眼镜 ……
作业：
思考题：
4，6，7
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二、镀金属层反射面的吸收损失
设每一反射面的反射率为ρ2 ， 由于此时的透 过率等于反射率，则光束通过有K2个镀金属反射 面的光学系统时，其透过率为
2 = ρ2 K2
这里，ρ2 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。
1cm 厚的玻璃：最大吸收0.03，最小吸收0.001
1 = (1 –ρ)K1
透射面反射损失产生的不利影响
500
r = 4%
reflex = 20
( 500 X 4% )
100
r = 4%
direct flow = 92
( 100 - 4 - 4 )
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ρ值可降至0.020.01以下。
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
dΦ = I dΩ 由立体角定义得 dΩ = cosi ds/r2 于是有
O N
i
dΦ = I cosi ds/r2
dΩ
r O' ds
光照度的余弦定律
将上述结果代入（6-11）式，即得
(n + n)2
此式表明，界面两边介质的折射率差越大，反射 率ρ也越大。
光学玻璃表面的反射光能损失
100%
4%
92%
n 例：
n
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%。
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–ρ)
若光学系统有K1个透射面，且只考虑反射损 失，则其总透过率为
= L ds sin2U
于是，像面中心微小面积上的光照度为
Eo = /ds = Lsin2U
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
Eo = k L sin2U
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
Eω′ -lω′ Uω′
Aω′
D′
-
U′ Eο′
A′
-lο′
像面光照度与视场的关系
轴外像点A的光照度：
E = k L sin2U
当U不大时，有 sinU tgU =
cosD/2
E = dΦ /ds = I *cosi / r2
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
O r i
N
O' ds
E = I *cosi / r2
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：
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Σd 厘米的材料时，其透明率为
3 = (1– )Σd
光能损失总计算：
1 = (1 –ρ)K1 2、镀金属层反射面的吸收损失：2 = ρ2K2 3、 光学材料的吸收损失： 3 = (1– )Σd
0 1
10
20
30
40
50
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 ρ = (n – n)2