И светотехника 1 страница

ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА

Н.Н. Тульева

Відповідь на завдання 8

Відповідь на завдання 7

Відповіді на завдання 4, 5

Відповіді на завдання 1–3

На державну підсумкову атестацію

Р ОБОТ А

з

назва предмета

за курс старшої школи

учня (учениці)

класу

назва навчального закладу

прізвище, ім’я, по батькові в родовому відмінку

Варіант №

Увага! Позначте до кожного завдання тільки один варіант відповіді. Будь-які виправ- лення в бланку неприпустимі.

(одна правильна відповідь)

(одна правильна відповідь)

Відповідь на завдання 6

Опорный конспект лекций

Санкт – Петербург

ОГЛАВЛЕНИЕ

Тема 1. Основные понятия светотехники

Соотношения фотометрии для точечного и равнояркого протяжённого

источников.................................................................................................................... 2

Тема 2. Основные методы и аппаратура для световых измерений........................... 3

Тема 3. Световые свойства тел и сред. Коэффициент пропускания оптической

системы......................................................................................................................... 4

Тема 4. Основы колориметрии................................................................................... 5

Тема 5. Основные положения и законы геометрической оптики. Оптика

параксиальных и нулевых лучей................................................................................. 6

Тема 6. Теория идеальной оптической системы........................................................ 7

Тема 7. Детали оптических систем приборов............................................................ 8

Тема 8. Ограничение пучков лучей в оптических системах..................................... 9

Тема 9. Аберрации оптических систем...................................................................... 10

Тема 10.......................................................................................................................... Оценка качества оптического изображения............................................................................................ 11

Тема 11 Оптические системы приборов и их технические характеристики............. 12

Тема 12.......................................................................................................................... Глаз как оптическая система 13

Тема 13.......................................................................................................................... Лупа и микроскоп. Телескопические системы............................................................................................ 14

Тема 14.......................................................................................................................... Объективы съемочные (фотографические объективы)..................................................................................... 15

Тема 15.......................................................................................................................... Осветительные оптические системы. Прожекторы.............................................................................. 16

Тема 16.......................................................................................................................... Осветительно-проекционные системы кинопроекторов..................................................................... 17

Список литературы....................................................................................................... 18

Приложение Киносъемочные объективы……………………………………………………19-21

Тема 1. Основные понятия светотехники. Соотношения фотометрии

для точечного и равнояркого протяжённого источников.

Поток излучения [Вт] - это энергия излучения в единицу времени (мощность излучения) в оптическом диапазоне волн.

Световой поток Ф[лм] (люмен) - мощность излучения, оцениваемая глазом в видимом диапазоне длин волн от 380нм до 770нм.

Связь между потоками: [лм/Вт] - спектральная световая эффективность монохроматического потока

излучения ( лм/Вт)

- относительная спектральная световая эффективность монохроматического потока излучения.

Энергетические величины

Световые величин

[Вт/м ] - энергетическая светимость [Вт/м ] - энергетическая освещённость [Вт/ср] - энергетическая сила света (сила излучения). [ВТ/(м ср)] - энергетическая яркость. [Дж/м ] – энергетическая экспозиция.  

[лм/м ] - светимость - характеризует распределение светового потока по площади излучающей поверхности. [лк] (люкс) – освещённость характеризует распределение светового потока по площади освещаемой поверхности. [кд] (кандела) - сила света – характеризует распределение светового потока в телесном угле Ω [ср-стерадиан] [кд/м ] – яркость – характеризует распределение силы света в данном направлении по площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению (по видимой площади светящейся поверхности) [лк с] - экспозиция - это поверхностная плотность световой энергии падающего излучения.

Точечный источник 1. 2. Если источник имеет ось симметрии, то

Равнояркий протяжённый источник

1.

L=const ε закон Ламберта

I

2.

dQ Поток в пределах

σ полусферы

dΩ 3.M=πL

Тема 2. Основные методы и аппаратура для световых измерений.

Измеряемая величина	Условия измерения	Основной принцип	Аппаратура
1. Освещённость Е [лк]	Прямые измерения	Прямые измерения	Люксметр
2. Сила света I [кд]	а) в одном направлении   б) в разных направлениях	1) прямые измерения   2) через освещённость I=Er² 3) метод светомерной скамьи I1/r1²=I2/r2²   Метод распределительного фотометра Ie =Ee re²	Фотометр со свечемерной насадкой   Люксметр   Фотометрическая скамья   Распределительный фотометр
3. Световой поток Ф [лм]	а) на площади Q ограниченных размеров   б) полный световой поток в угле 4pср     в) в выбранном телесном угле от W до 4pср	Через измерение освещённости Ф=EQ   Метод относительных измерений в светомерном шаре: Ф0/n0=Ф/n, где Ф0,Ф – световые потоки эталонной и испыт. ламп; n, n0 – отсчёты   Расчёт по методу Руссо при измерении освещённости в разных направлениях Ф=2pr²0∫^pEsinsds	Люксметр   Светомерный шар, фотометр (люксметр), эталонная лампа (Ф0, n0)     Распределительный фотометр с плечом r
4. Яркость L [кд/м²]	а) самосветящиеся поверхности различных размеров и светящиеся отражённым светом   б) равнояркие самосветящиеся площадки     в) диффузные поверхности с коэффициентом отражения ρ и направленно-рассеивающие с коэффициентом яркости β	Прямые измерения   Через измерение освещён ности Е на расстоянии r на площади Q L=Er²/Q   Через измерение освещённости: L=ρE/π; L=βE/π	Яркомер   Люксметр     Люксметр

Тема 3. Световые свойства тел и сред.

Коэффициент пропускания оптической системы.

При переходе света из одной среды в другую имеют место следующие изменения светового потока:

1) отражение; коэффициент отражения = Фотр/Ф (Ф - падающий световой поток);

2) поглощение; коэффициент поглощения α = Фпогл/Ф;

3) пропускание; коэффициент пропускания = Фпр/Ф;

4) изменение спектрального состава излучения, при этом спектральные коэффициенты отражения (λ), поглощения и пропускания зависят от длины волны (светофильтры).

Поскольку Ф = Фотр+Фпогл+Фпр, то + α + = 1.

Для характеристики рассеивающих сред используют коэффициент яркости:

β = L /Lид, где:

L - яркость поверхности в данном направлении

Lид - яркость идеально-рассеивающей поверхности при той же освещённости.

Виды отражения и пропускания

Направленное (зеркальное)

Рассеянное Ω’>Ω

СМЕШАННОЕ (направленное + рассеянное)

Ω’=Ω - телесный угол пучка не меняется. Коэффициент отражения от i-той преломляющей Поверхности стекла (крон или флинт) на границе воздух-стекло (): Для кронов n И Для флинтов n И  

Диффузное (равномерно-рассеянное) отражение пропускание I ε ε     (Для идеально-рассеивающей поверхности ) ; ; M=πL πL =ρE ЭБМ - экран бело-матовый    

Направленно-рассеянное

Ω’

возможно βε > 1

πL = βε

ЭНА – экран направленный

аллюминированный

ЭНАР – экран направленный

аллюминированный

растровый (β ≠ β )

 

-ε ε’

Коэффициент пропускания оптической системы, состоящей из преломляющих и отражающих поверхностей, вычисляется по приближённой формуле:

- коэффициент отражения от преломляющей непросветлённой поверхности; N - их число

- коэффициент отражения от преломляющей просветлённой поверхности; N - их число

- коэффициент отражения зеркала; N - число зеркал;

α - коэффициент поглощения (α = 0,01 на 1 см); l - суммарная толщина стекла в см.

Тема 4. Основы колориметрии

Цвет - это свойство видимого излучения, определяемое по вызываемому им у человеческого глаза ощущению. В основе колориметрии лежит теория трёхкомпонентности цветового зрения, которая исходит из представления, что белый цвет образуется в результате сложения равных количеств синего, зелёного и красного излучений. Различают хроматические (окрашенные) и ахроматические (белый, серый, чёрный) цвета.

Субъективные параметры цвета:

1) цветовой тон (определяется доминирующей длиной волны)

2) насыщенность (определяется степенью отличия хроматического цвета от ахроматического)

3) светлота (это вариации степени светлого и тёмного, т. е. величина, аналогичная яркости в светотехнике; ахроматические цвета характеризуются только светлотой).

В колориметрии: цвет - это вектор F в выбранной колориметрической системе (трёхмерном цветовом пространстве), длина которого определяется яркостью, а направление координатами цветности.

В основе колориметрии лежат 3 закона Грассмана (1853г.):

I. Любой цвет может быть составлен путём смешения в различных пропорциях любых трёх независимых цветов, т.е. таких, каждый из которых не может быть получен в результате смешения двух остальных: F = F1+F2+F3.

II. Если в смеси трёх цветов один из них непрерывно меняется (в то время, как два других остаются неизменными), цвет также изменяется непрерывно.

III. Цвет смеси излучений зависит только от их цветов, но не от спектрального состава.

Известно множество колориметрических систем измерения цвета. Международной колориметрической системой является система XYZ (МКО, 1931г.). Колориметрическая система RGB, в основе которой лежат реальные цвета (red λ =700нм, green λ =546,1нм и blue λ =435,8нм), представляет теперь ограниченный исторический интерес.

Трёхкоординатное цветовое пространство системы XYZ:

ординаты кривых сложения

(удельные координаты цве-

та на 1 Вт потока излучения)

- для источника излучения

- для светофильтра

Тема 5. Основные законы и положения геометрической оптики.

Оптика параксиальных и нулевых лучей.

Основой законов и зависимостей геометрической оптики является принцип Ферма: точка предмета изображается точкой, если оптические длины всех лучей одинаковы и минимальны.   Законы геометрической оптики: 1. Закон прямолинейного распространения света. 2. Закон независимого распространения света. 3. Закон отражения. 4. Закон преломления:   -ε n n n -ε Полное внутреннее отражение: (используется в световодах, отражательных призмах и т.д.)  

Правила знаков свет

Пучки лучей:

расходящиеся параллельные сходящиеся

Существуют в природе, создаются

воспринимаются глазом оптическими сист.

Изображения:

1) Действительные и мнимые

(образованы пересе- (образованы пересе-

чением самих лучей) чением продолжений

лучей)

A A’

A A’

2) увеличенные и уменьшенные (|β|>1 и |β|<1)

3) прямые и обратные (β>0 и β<0).

Параксиальной (или Гауссовой) областью оптической системы называется область бесконечно малого пространства вблизи оптической оси, внутри которой углы лучей с оптической осью и с нормалями к поверхностям настолько малы, что величины синусов и тангенсов этих углов можно заменять самими углами. Любая оптическая система в параксиальной области действует как идеальная. Частный инвариант Аббе:

Полный инвариант Лагранжа-Гельмгольца

Параксиальные лучи неудобны для расчётов из-за малых углов, поэтому используют нулевые лучи (фиктивные) с конечными высотами и углами:

- уравнение углов нулевого луча

- уравнение высот нулевого луча

- формула радиуса кривизны k-той поверхности

Нулевые лучи используют для расчёта [1]:

- фокусных расстояний f и f ’;

- вершинных фокусных расстояний S и S’ ;

- местоположение изображения S’.
Тема 6. Теория идеальной оптической системы

Для системы в воздухе n=n’=1

n,n’-показатели преломления пространства предметов и пространства изображения y, y’-величины предмета и изображения A, A’-осевые точки предмета и изображения B, B’-внеосевые точки предмета и изображения F, F’-передний и задний фокусы f, f ’-переднее и заднее фокусные расстояния H, H’-передняя и задняя главные плоскости z, z’ -отрезки, отсчитываемые от фокусов a, a’- отрезки, отсчитываемые от главных плоскостей 1-1’, 2-2’, 3-3’- вспомогательные лучи

I. Кардинальные элементы оптической системы.

1. Фокусы F и F’ -это точки на оптической оси, сопряженные с бесконечно удаленными точками, расположенными на той же оптической оси.

f’>0 -положительная (собирающая) f’<0 -отрицательная (рассеивающая)

Оптическая система Оптическая система

Для всех оптических систем , в однородной среде (n=n’) и =

Оптическая сила Ф= , в воздухе n=n’=1: Ф= ([дптр] при [м])

(выражается в диоптриях)

2. Главные точки H и H’ -это сопряженные точки на оптической оси, в которых линейное увеличение = 1

3. Узловые точки K и K’-это сопряженные точки на оптической оси, в которых угловое увеличение = 1 (в однородной среде совпадают с главными).

II. Увеличение в оптических системах.

1. -линейное увеличение: >0 изображение прямое; <0-изображение перевёрнутое;

| |>1-изображение увеличенное; | |<1-изобр. уменьшенное

2. = = (при n=n’) -угловое увеличение

3. = (при n’=n) -продольное увеличение. Связь увеличений

4. Для визуальных оптических систем вводится понятие видимого увеличения =

Дата добавления: 2014-11-26