МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСТИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ»
Кафедра физики и оптики
Н.Н. Тульева
ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА
И СВЕТОТЕХНИКА
Опорный конспект лекций
Санкт – Петербург
2010
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 |
светимость
освещённость
(сила излучения).
яркость.
экспозиция.
|
распределение светового потока по площади излучающей поверхности.
характеризует распределение светового потока по площади освещаемой поверхности.
характеризует распределение светового потока в телесном угле Ω [ср-стерадиан]
распределение силы света в данном направлении по площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению (по видимой площади светящейся поверхности)
поверхностная плотность световой энергии падающего излучения. |
Т
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 |
[Вт/м
]
- энергетическая
[Вт/м
]
- энергетическая
[Вт/ср] - энергетическая сила света
[ВТ/(м
ср)]
- энергетическая
[Дж/м
]
– энергетическая
[лм/м
]
- светимость - характеризует
[лк] (люкс) – освещённость
[кд] (кандела) - сила света –
[кд/м
]
– яркость –
характеризует
[лк
с]
- экспозиция - это
очечный
источник
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 I =E r² |
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 4ср
в) в выбранном телесном угле от до 4ср |
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=2r²0∫Esind |
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
Поверхности стекла (крон или флинт) на границе воздух-стекло
(
Для
кронов n
И
Для
флинтов n
И
|
Диффузное (равномерно-рассеянное) о
ε
(Для
идеально-рассеивающей поверхности
; M=πL πL =ρE ЭБМ - экран бело-матовый
|
Направленно-рассеянное
возможно βε > 1
πL
= βε
ЭНА – экран направленный аллюминированный ЭНАР – экран направленный аллюминированный
растровый
(β |
|
|
от
i-той
преломляющей
):
тражение
пропускание
I
ε
)
;
Ω’
≠
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.