Слюсарев Г.Г. - Расчет оптических систем (1975) (1060808), страница 74
Текст из файла (страница 74)
ние членов 4.го н более высоких порядков относительно угла и, Эш влияние может быть определемо тольио путем иеоосредств н- ного расчета хода лучей. Для определения изменения шлнчины освещенности с увеличением угяа и пелесообршпо поступать сле. дующим образом. Пусть Е (рис. Ч!.20) — точечный источник, сила света 1 которого постоянна по всем наггравленним. Рассмотрим световой поток Ф, заключенный в иоиусе, абразовангюм вращением пря- мой БМ, образующей угол я с осью, вокруг оси 05.
Эгот поток Ф (н) равен Ф .— — 2и! (1 — сы и). Если луч ЕМ после отраженна пересенает плоскость экрана на высоте й, то площадь, освещаемая потоком Ф, равна 2яй'. Освещенность Е экрана равномерна, если й* пропорциональна величине (1 — соз и) = 2 ып' —.
Если я' на графике по оси абсцисс отложить величины 1 — соэ н, а по оси ординат — соответствующие значения квадратов высот й', то величина Е обратно пропорциональна угловому коэффициенту кисах.льной к кривой в точке (1 — соз н, (гз).
Действительно, ЛΠ— соей! как было показано выше, Е = Ее,, где Ет — значение Š— 'е при н = О. Если график представляет собой прямую, освещен- ность Е постоянна. Чем больше угловой коэффициент иасательиой, тем меньше освещенность, н наоборот. Приведем для иллюстрации несколько врныеров. Исслежжа- лнсь сферические н зллипсоидальнью зеркала. Сферические зеркала выбирались с равличшнмн расположе- ниями источника, т.
е. с различными значениями величины а: и — 2 и и = — 5. Радиус сферы ярниямался равным 1000 ыы, экран располагался на рззлнчньш расстояниях х' от вершины зеркала; зтн рас«сеяния помечены на кршизх (рис, Е!.21, а, 6). Для зллнпсондального зернала принималось зт = 0,5 н г = = 1000 мм прн источнике, сдвянутом от фокуса нв 85 мы. При ещ а) а 44 б) Ь7 а, ааи о аа аа ах аа аа аа аз и,.' а ааа аа Ю аа аа а Р«с, 71,21 а га аа аа М аа а а...' а .)ал тако» боложенин источника, как это зиппо иа рис. ТТ!.23, равно.
мерноэть Освшценносгн Е близка к идеальной для углов, лежащик в пределах — ТОЦ С лругой шороиы, благодаря смепгению нсючннка 8 относительно фокуса, отраженные от зеркала лучи на краю отверстия почти нараллелы$ы оси, так что картина распределения освещенности мело меняется при нзменеяин положения экрава.
3. ЦЦЭШТЩВМИВИТТИ, ШТВЯИИ И61ИЫВЫ 363ИВНВ Для научнЫх исследований, связанных с изучением поведения различных объектов з условиях космоса, требуются оптические системы, совдакшгне на площадях большей нлн меньшей иеличииы эначитеаьную освещенность с достаточно большой степенью равномерности. Эти системы должаы хорошо имитировать спектральное распределение Солки, н, «ак правило, угол расхолнмостн лучей на выкоде из системы ие должен превышать нескольких грапусов.
Раэрабюанпы з последние д сятилетня мощные ксеноновыс и аналогичные им лампы позиолявгг решить эту задачу, по Крайней мере, для освелгеиностей, превышающих в несколько рэз создаваемую Сллн$гем на Земле, н для площадей в десятки квадратньш метров, но высокие требования к равномерности создают значительные трудности прн проектировании и изютовленнн комплекса источника света — оптической системы. 13346631И В $6ТЯВИТ ВИТВ Определяющим для рапиональной каиструкции оетичесной системы (помимо технических условий, относящихся к величине необходимой освещенности, площади, подлежащей освещению, степени равномерности) являются излучающие свойства источника света.
Эти свойства могут быть полностью определенм следую. щим образом. Пусть Я вЂ” исючник света любой формы, который может со. стоять из нескольких самостоятельиык источников, снабженных оптическими системами типа конпеисоров, отражательных зеркал или ваоб$це любыми оптическими системами, не обладающими рассеивающими свойствамн.
ДТож$$о получить нэгчядиое представление о свойствах источника, рассматривая две особых плоскости Р: Р„ находящуюся непосрелственно у источника, и Рм параллельную первой, на бесконечно большом расстоянии от н«ючннка. Направление этик плоскостей следует брать таким, чтобы оно соответствовало наиболее целесообразному (эффективному) направлению нспольювания нсточянкз. Если нсточни» используется перпендикулярно его осп симметрия, как в ксеноновых лампах, выпускаемых в последние гоЛы различнымн фирмзмн, то плоскости Р надо брать: первую— 460 параллельно оси симметрии на минимально возможном рассто»- нви г от осн, вторую — иа бесконечности параллельно первой.
То же относится к дугам высокой интенсивности, замлючеиным в цплиндрическнх кварцевых трубнах, и нитям ламп иакалива. ния в зиле спиралей, излучаюгцая поверхность которых обладает осью симметрии. Если перечисленные источники работают в другом режиме, т. е. ась симметрия перпендикулярна освещаемой плоскости, то плоскости Р следует брать параллельным» последней. В плоскости, расположенной близко к предмету, отражаетси та нартннв, г 5 Рэ .
Нцзз которую видит наблюдатель, находящийся достаточно далеко от источника, а «менно распределение по источнику яркостей, направленных на него. Основное значение имеет та картина, «вторую видит наблюдатель, глаз коюрого находится на оси, перпендикулярной к освещаемой плоскости. Распределение яркостей В, в этой иартние является одной из основных характеристии источника; полную характеристику дает только совокупность таких картин распределения, полученных с мнщкества тачек наблю.
денна. Если изобразить источник Б жир оков перту рным безабер рацион. ным конденсором )( (рис. Н).23) н поставить зиран ЗЗ, в плосиасть изображении В', освжценность изображения А' неиоторой точни источника А не будет строго пропорциональна яркостям В,(А) в соответствующих точках источника, так кзк освещенность Е апределящся не тоньке яркостями Вз, направленными вдоль осп 00', на также и всеми остальными, например яркостью В, направленной под углом ы к оси. Рассмотрим плоскость Рм находящуюся на бесконечном расстоянии или на таком расстоянии, что весь источник 5 действует как одна целое, т. е. как точка. Е этой плоскости можно наблюдать и измерять распределение освещенности Е, (д, 2),.где у и я— координаты точки М плоскости Р „ в которой производится наблюдение.
Освещенности Е, соответствует сила света )л, в направлении М, равная (м = — „',',, где г, — расстояние 461 от источника Я до точны й(; » — угол между лучом и нормалью к плоскости Ре Распределение силы света по направлениям, или вторая карантеристика, содержится полностью в первой, ио переход от первой характеристики ко второй довольно сложен. Вторая характеристика, как правилО, является самой существенной в опре.
делении »грин»днасти того илн иного источника для осуществления равномерного освещения. Предположим, по излучающие свойства «сючника в том смысле, в котором они были выше определены, известим. Можно ли их заменить введением ва кути онтнческой си«темпу Идеальные оптнмскне системы, обладающие осью симметрии, могут осуществить лишь изменение масштаба; любое плоеное сечение пучка лучей, яэчучаемых источником, изображается по правилам подобия, и относительное распределение освещеиио. отей в изображении этого произвольного сечения остается таким же, как а самом сечении.
Поэтому нельзя с помощью оитаческих систем добиться равномерного распределения, если такого нет в каком-нибудь (пусть даже и в косом) сечении пучка. Наличие аберраций в оптическях системах в какой-то степени изменяет распределение, несколько сглаживая неровности; но поскольку аберрации весьма растут от центра к краям, эф.
фект «сглажююиия» сказывается всегда сильнее иа краях поля, чем в центре. Для оптических систем, не имеющих оси симметрии, ио состоящих из обычных сферических или более штожных, ио план. иых поверхностей, картины распределения «изображений» про. извольных сечений излучаемого источником пучка могут быль сильно искажены и аберрвционные явления принимают более сложный вид, но такие системы на практике не применяются из-за трудностей изппокчения. Исключение следует делать для цилиндрических поверхностей, которые могут оказать большую пользу, когда источнин света ыютоит иэ длинных, узких, прямолинейных светягцихся трубок, имеющих в настоящее время большое распространение благодаря значительным мощностям.
Из ограниченности возможностей оптических систем вытекает существенное значение энергетического строения излучае. мых исты»»гиком пучиов. Только такие пучки могут быть использованы, у которых нз каком-то сечений освещенность близка к постоянной; в противоположном случае приходится для вес. становления равномерности прибегать к приемам, ведущим всегда к потере эяергии (ограничение апертуры пучков, применение рассеивателей н т. д.). Нахождение наилучшего, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
