光学系统设计模板课件.ppt

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1、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.总体设计举例光学仪器从本质上讲是一种传递信息的工具目标（信息源）光学系统和机构接收器介质信号处理光源噪声噪声显示储存传输光学仪器中信息的传递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。6.1概述光学系统基本上分为三类：①照相系统②显微系

2、统③望远系统6.1概述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）6.2光辐射源及特征——辐射度的基本物理量辐射能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］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）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

3、Ｍe：辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。单位：［W/m2］辐射亮度Ｌe：辐射表面定向发射的辐射强度。单位：［W/（m2．Sr）］名称符号定义方程单位符号辐射能Q,焦耳J辐射能密度焦耳／立方米Jm-3辐射通量，辐射功率瓦特W辐射强度Ｉ瓦特／球面度Wsr-1辐射亮度Ｌ瓦特／球面度/平方米Wm-2sr-1辐射出射度Ｍ瓦特／平方米Wm-2辐射照度Ｅ瓦特／平方米Wm-26.2光辐射源及特征——辐射度的基本物理量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）6.2光辐射源

4、及特征——辐射度的基本物理量光量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］。光照度Ev：单位面积所接受的入射光通量，单位：勒克斯［lx］。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）6.2光辐射源及特征——辐射度的基本物理量光出射度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

5、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。辐射度量与光度量的关系6.2光辐射源及特征——辐射度的基本物理量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。6.2光辐射源及特征——辐射度的基本物理量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：C1=2πc2hC2=hc/kh——普朗克常数k——波尔兹曼常数

6、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λm越小。λm以为μm单位T以K为单位6.2光辐射源及特征——瑞利-金斯定律λT>>C26.2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=5.67051×10-8W/(m2K4)称为斯忒潘常数。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

7、射度与λm对应的辐射出射度的比值与温度无关：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：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

8、灯为3800K；中午阳光为5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。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：可以通过查表的方式得到可由斯忒藩-玻尔兹曼定律计算具有光谱选择性的光辐射源是指