光学系统设计解析PPT教学课件

2020/10/16
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6.2 光辐射源及特征 ——万用黑体曲线
在特定温度下，某个波长λ对应的辐射出射度与λm对应 的辐射出射度的比值与温度无关：
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6.2 光辐射源及特征 ——非黑体源的辐射
对于实际的光源，其辐射出射度小于黑体的辐射出射 度，它们的比值称为发射率：
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M(T)C15
1
C2
eT 1
λT>>C2
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M (T)C C 21 T42c4 kT
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6.2 光辐射源及特征 ——斯忒藩-玻尔兹曼定律
一个黑体辐射出射度M(T)与黑体本身的热力学 温度Ｔ的四次方成正比，即：
M(T)=σT4
式中σ=5.67051×10-8 W/(m2 K4)称为斯忒潘常数。
辐射亮度Ｌe ：辐射表面定向发射的辐射强度。单
位：［W/（m2．Sr）］
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
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名称 辐射能 辐射能密度
辐射通量， 辐射功率 辐射强度
辐射亮度
辐射出射度
辐射照度
符号 Q,
定义方程
单位 焦耳
符号 J
w
wdQ /dv 焦耳／立方米 Jm-3
光学系统基本上分为三类： ① 照相系统 ② 显微系统 ③ 望远系统
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
辐射度量的基本单位 （辐射度量是用能量单位描述辐射能的客观物理量）
辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、传播或接 受的能量。单位：焦耳[J] 辐射通量Φe：单位时间内通过一定面积发射、传 播或接受的能量，又称辐射功率Pe，是辐射能的时 间变化率。单位：瓦［Ｗ］
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
辐射度量与光度量的关系
光度量和辐射度量的定义、定义方程是一一对应的。辐 射度量下标为e，光度量下标为v。
光度量只在可见光区（波长为３８０-７８０nm)才有意 义。
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
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6.2 光辐射源及特征 ——色温
实际的发光体不是黑体，如果光源辐射在可见 区和Tc温度时的绝对黑体的辐射完全相同时，此时 黑体的温度Tc就称此光源的色温。
通常人眼所见到的光线，是由7种色光的光谱叠加所组成。 但其中有些光线偏蓝，有些则偏红，色温就是专门用来量度 和计算光线的颜色成分的方法。
例如：标准烛光为1930K（开尔文温度单位）；钨丝灯为 2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为 5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。
瓦特
W
P
dQ /dt
Ｉ
瓦特／球面度 Wsr-1
Id /d
Ｌ L d2 /d dc A o瓦s特／球面度/ Wm-2
＝ d/Idc Ao s 平方米
sr-1
Ｍ
瓦特／平方米 Wm-2
Md /dA
Ｅ
Ed/dA瓦特／平方米 Wm-2
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射出射度的计算方法
当计算某一波段上的辐射出射度时，可以通过查表的方 式进行计算：
M (T ) [f(2 ,T ) f(1 ,T )]M (T )d 0
f (2,T) 可以通过查表的方式得到
M (T )d 可由斯忒藩-玻尔兹曼定律计算
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6.2 光辐射源及特征 ——普朗克黑体辐射定律
热辐射能量取决于物体的温度，绝对黑体的单
色辐射出射度Mλ(T)与热力学温度T的关系遵循普朗 克黑体辐射定律：
式中：
M(T)C15
1
C2
eT 1
C1=2πc2h C2=hc/k h——普朗克常数 k——波尔兹曼常数
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
光度量的最基本单位 （光度量是度量使人眼产生视觉效果的辐射的量） 光量Qv：表示光照的能量。 发光强度Iv：光源在指定方向的单位立体角内发
出的光通量。 单位：坎德拉（Candela）［cd］， 它是国际单位制中七个基本单位之一。
光通量Φv：单位时间里通过某一面积的光能。单 位：流明［lm］。
光学仪器中信息的传递
显示 储存 传输
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6.1 概述
光学方法的独特有点：
①由于信息加载于光波，故是一种非接触和破坏测 量，还可以进行远距离测量以及危险、恶劣环境中 测量。 ②光波传播速度快，可以进行实时测量和控制。 ③精度高。 ④具有很高的空间分辨率。 ⑤可进行图像处理技术。
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6.1 概述
第6章 光学系统设计
1.概述 2.光辐射源及特征 3.信噪比的计算方法 4.光学系统基本参数的确定 5.光电系统中参数的确定 6.总体设计举例
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6.1 概述
光学仪器从本质上讲是一种传递信息的工具
光源
噪声
噪声
目标 （信息源）
介质
光学系统 和机构
接收器
信号 处理
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光照度Ev：单位面积所接受的入射光通量 ，单位： 勒克斯［lx］。
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
光度量的最基本单位 （光度量是度量使人眼产生视觉效果的辐射的量） 光出射度Mv：光源上每单位面积向半个空间（2π
球面度）内发出的光通量.
光亮度Lv：表示发光面明亮程度的，指发光表面 在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光 面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。
辐射强度Ｉe：点辐射源在给定方向上通过单位立
体角内的辐射通量。单位：［W/Sr］（Sr=ds/r2： 球面度）
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6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量。单位： ［W/m2］
辐射出射度Ｍe ：辐射源单位面积所辐射的通量
（也称辐射本领）。单位：［W/m2］
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6.2 光辐射源及特征 ——维恩位移定律
根据黑体的单色辐射出射度与温度、波长的关系可以看出：
相同温度时，不同波长光波的单色辐射出射度不相同，在 某个波长处存在极值λm。 温度T越高，极值λБайду номын сангаас越小。
m
2897.8 T
λm以为μm单位
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T以K为单位
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6.2 光辐射源及特征 ——瑞利-金斯定律