Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Если виньетированне равно 20 ... 65ь ь, что обычно имеет место, то для определения коэффициента внньетировання вместо отношения 'площадей можно использовать отношение линейных велнчнн, а именно отношение длин отрезка 2т, перпендикулярного к оптической оси, в меридианальной плоскости наклонного пучка лучей н соответствующего отрезка 2й осевого пучка лучей в том же сечении (см. рнс. 78, 6). Это отношение называется коэффициентом линейного виньетированил: к„= 2т/(2а).
Для точки В на рнс. 80 2т ='Р/2 и 2Ь = Р, т. е. й„= 0,5. Для указанных значений виньетировання (20 ... 65ь ) имеет место следующая приближенная зависимость: йо ж й — О,1. Рассмотрим два варианта определения коэффициента внньетнровання: 100 с с с вс ". сйс с~ Ф с с"а 7 с 'ь с ад йс с с Э сс сд со ОЗ' а) Рис. 8!. двустороннее внньетнроваиие 1. На рис. 78, б показано сечение 4 осевого пучка лучей плоскостью входного зрачка, т. е.
сам входной зрачок площадью Я„ и сечение б наклонного пучка лучей, идущего от точки В и опйрающегогя на входное окно, также в плоскости входного зрачка. Ось наклонного пучка проходит через центр Е входного окна. В рассматриваемом случае входное окно, а следовательно, и виньетирующая диафрагма 2 ограничивают пучок лучей, выходящих из точки В. Виньетирование в меридиональной плоскости равно 50%. Площадь действующего отверстия входного зрачка 9„ на рис, 78, б заштрихована, 1;!е — площадь входного зрачка; йо ж 0,4 (й,„= 0,5). 2. Рассмотрим двустороннее виньетирование в системе, у которой компонент ! имеет 7'; > О, компонент 2 — 7а ( 0 (рис. 81).
Апертурная диафрагма АД расположена между компонентами. При выбранных значениях фокусного расстояния компонентов, нх световых диаметров и расстояния между ними, а также положении и размере апертурной диафрагмы на рнс. 81, а показано положение заднего фокуса Е' эквивалентной системы, центров Р и Р' входного и выходного зрачков, центра Еа входного окна. На рис. 81, а видно, что входной и выходной зрачки расположены между компонентами системы. Для бесконечно удаленной осевой точки построен ход крайних лучей, т. е. лучей, проходящих через края входного зрачка, апертурной диафрагмы и вь!ходного зрачка соответственно. Затем построением главного луча найдено изображение В' бесконечно удаленной внеосевой предметной точки.
От этой предметной точки через оптическую !О! систему пройдет пучок лучей, меридианальное сечение которого на рис. В1, а заштриховано. Верхний крайний луч этого пучка в пространстве предметов является образующей цилиндрического пучка лучей, опирающегося на края оправы компонента 1, имеющей диаметр т,т,. Нижний крайний луч в пространстве предметов представляет собой образующую цилиндрического пучка лучей, опирающегося на круг диаметром,гп,т,, являющийся входным окном с центром 1., (входное окно 2). Этот второй цилиндрический пучок лучей после действия компонента 1 и при отсутствии апертурной диафрагмы преобразовался бы в конический и заполнил бы световое отверстие компонента 2.
Через систему для образования точки В' пройдет пучок лучей, общий для обоих цилиндров и вписывающийся во входной зрачок. Нижняя часть пучка, опирающегося на оправу компонента 1 (входное окно 1), на участке т,т, меридианального сечения частично срезается апертурной диафрагмой и полностью оправой компонента 2 (она же виньетирующая диафрагма и выходное окно 2). Верхняя часть пучка, опирающегося на входное окно 2, на участке т,т, срезается оправой компонента 1 (она же входное окно 1). Поперечное сечение рассмотренных пучков л„чей в плоскости входного зрачка показано на рис. 81, б. Заштрихованная часть является действующим отверстием входного зрачка. Коэффициент виньетирования йа получается как отношение площади действующего отверстия входного зрачка к площади входного зрачка.
Глава 711 ОПТИЧЕСКИЙ ПРИБОР КАК ПЕРЕДАТЧИК ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ 37. Оптическое излучение. Поток излучения Как известно, оптическим излучением называют электромагнитные колебания в диапазоне длин волн к от 1 нм до ! мм. С этим диапазоном граничат с коротковолновой стороны рентгеновское излучение, а с длинноволновой стороны — радиоволны. На рис.
82 показано положение оптического излучения в общем спектре электромагнитных колебаний, который представлен гамма- излучением, рентгеновским, ультрафиолетовым, видимым и инфракрасным излучениями и радиоволнами. Видимый участок оптического излучения характеризуется длинами волн 0,38...0,77 мкм. Следует отметить, что границы между отдельными участками являются условными.
Например, ультрафиолетовое излучение перекрывается рентгеновским, а инфракрасное — радиоволнами. Спектр излучения, или,'как его иногда называют, спектральный состав излучения, представляет собой распределение мощности излучения по длинам волн или частотам колебаний. Излучение, характеризуемое одной длиной волны, является монохроматическим. Спектр излучения такого вида называют линейчатым (рис. 83, а). Излучение, представляющее собой непрерывную совокупность монохроматических излучений, имеет сплоисной спектр (рис, 83, б). Диапазон длин волн для сплошного спектра можно рассматривать в пределах от нуля до бесконечности. Источ никами сплошного спектра обычно являются нагретые твердые тела и жидкости, линейчатого — раскаленные газы или пары, р также лазеры. Идеального монохроматического излучения в природе не сушествует, поэтому на практике под монохроматическим излучением подразумевают излучение, которое включает в себя такой узкий интервал длин волн„который можно характеризовать одной длиной волны.
Для видимого диапазона оптического излучения немецкий физик Фраунгофер (!787 †)826), исследуя излучение Солнца, измерил длины волн, соответствующие определенным линиям в солнечном спектре. Эти линии воспроизводятся спектрами некоторых химических элементов, заполняющих в виде газов или паров колбы ламп с дуговым, тлеющим или высокочастотным разрядом. Для длин волн линий Фраунгофера фиксируются показатели преломления оптических сред. В табл.
4 приведены обозначения спектральных линий, соответствующие им длины волн и область !оз оптические излучение илбараиалиианиа елее длнлелаааее Видение лдаейое Радиедалны Г(оган гин Осдднлн д77млн Рыс. 82. Спскт1 электр,м, ~ юмьыа к и о...ий гмм Л а! Рыс. 83. Виды спектров: и — линейчвтый; б — сплошной спектра (цвет), а также тот химический элемент, линейчатое излучение которого имеет данную спектральную линию. Энергию оптического излучения йу„как и всякую другую, измеряют в джоулях (Дж).
Среднюю мощность оптического излучения за время 1, значительно большее периода световых колебаний, называют потоком излученпя Ф, и оценивают в ваттах (Вт). Если в .пределах узкого спектрального участка с(Х поток излучения равен ОФ„ то отношение < Ф,/с)л = Ф„, () 57) является спектральной плотностью потока излучения.
Таблица 4 Сяевтральвые лыыыы Фрауыгефера Обови вченне пинна Обовнвчеиие линни Длина волны, им Химический алемеит Химический вле ент Длина волны. им Область спектра Область спектра 365,0 УльтраФполе. товая Фиолето- ваяая Зеленая Желтап Нк Не Ма 404,66 С' С Г Сб Н Не Красина 435,83 479,99 486.13 Нк Сд Н Свпяя 104 ь» »ф е» »Ъ Ъ» й оо сь» н и» а сь «» »о о «» о са й 546,07 587,56 589,29 643,85 656,27 .706,52 На рис.
84 . показана зависимость от длины волны спектральной плотности потока излучении в сплошном спектре, которую называют спектральной характеристикой потока излучения. Из этой зависимости следует, что поток дФ, представляется площадью элементарного участка бФ,=Ф„к Ы. Если спектр излучения лежит в интервале длин воли Ряс. 84. Спектральные характеристики потока излучения поток излучения Ф,(),х аа) = ) Фмк(к) Ю. х, (158) В общем случае значение полного (интегрального) потока излучения определяют по формуле Ф,= ~ Ф,(Л)81.. (159) Для линейчатого спектра излучения (см. рис. 83, а) полный поток к=ею Ф.= Е Ф.(~), к=а где Ф,(Х1) — поток излучения с длинами волн к1. 38.
Энергетические и световые величины и их единицы 108 Для оценки энергии излучения и ее действия на приемники излучения, к которым относятся фотоэлектрические устройства, тепловые и фотохимические приемники, а также глаз,используют энергетические и световые величины. Энергетическими величинами являются характеристики оптического излучения, относящиеся ко всему оптическому диапазону.
Глаз долгое время был единственным приемником оптического излучения. Поэтому исторически сложилось так, что для качественной н количественной оценки видимой части излучения применяются световые (фотометричеекие) величины, пропорциональные соответствующим энергетическим величинам. Выше было приведено понятие о потоке излучения Ф„относящееся ко всему оптическому диапазону.
Величиной, которая в системе световых величин соответствует потоку излучения, является свелтовой повтокФ, т. е. мощность излучения, оцениваемая стандартным фотометрическим наблюдателем. Рассмотрим световые величины и их единицы, а затем найдем связь этих величин с энергетическими. Для оценки двух источников видимого излучения сравнивается их свечение в направлении на одну и ту же поверхность.
Если свечение одного источника принять за единицу, то сравнением свечения второго источника с первым получим величину, называемую силой свежа. В Международной системе единиц СИ за единицу силы света принята кандела (кд), определение которой утверждено Х'1/1 Генеральной конференцией (1979 г.). Кандела — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 1О" Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/883 Вт/ср. Сила света, или угловая плотность светового потока, 7 = аФ/йЯ, (180) где оФ вЂ” световой поток в определенном направлении внутри телесного угла 812. Телесный угол представляет собой ограниченную произвольной конической поверхностью часть пространства.
Если из вершины этой поверхности как из центра описать сферу, то площадь участка сферы, отсекаемая конической поверхностью (рис. 85), будет пропорциональна квадрату радиуса г сферы: Я Ягэ Коэффициент пропорциональности И и есть значение телесного угла. Единица телесного угла — стерадиан (ср), который равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
