第2章光电测量的光学基础ppt课件.ppt

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1、第2章光电测量的光学基础1知识要点●光谱光视效能●光度的基本物理量●光度学基本定律●光辐射在空气中的传播第2章光电测量的光学基础●常用的光学系统2光谱---光波频段的电磁波谱紫外→可见光→红外可见光谱X射线（X光）：10~100nm一、物理光学基础3波动性粒子性---干涉、衍射、偏振---光电效应（物质相互作用）光由光子组成，每个光子能量仅与光的频率有关：2.光的波粒二象性：电磁波方式传播的粒子普朗克常数4二、光度的基本物理量1）光通量（v）---光功率（与辐射通量e对应）单位：流明（lm）瓦（W）光通量与辐射通量之间的关系：Km---光功当量（人眼在明视条件下，波长555nm时，

2、光辐射产生的光感觉效能）=683lm/W（理论计算值）—视见函数是光源发光强度和光线在物体表面的照度以及物体表面呈现的亮度的总称52)光量（光谱光能Qv）---光的能量（与辐射能Qe相对应）单位：流明秒（lms）---光通量对时间的积分焦耳（J）二、光度的基本物理量6---点辐射源在给定方向的单位立体角内辐射的光通量3）光强度（Iv）1坎德拉相当于均匀点光源在单位立体角内发出1流明的光通量。单位：坎德拉（lm·sr-1=candla=cd）二、光度的基本物理量7光通量与发光强度之间的关系：---发光强度为Iv的光源在一定立体角内的辐射通量。所有方向上的发光强度相同时：立体角内的光

3、通量：所有方向的光通量：二、光度的基本物理量84）光亮度（Lv）---光强度dIv与面元dS在垂直于发光强度方向平面上的投影面积之比光源上某点处的面元dS在给定方向的光强度单位：cd·m-2或者lm/sr·m2二、光度的基本物理量95）出射度（Mv）---单位面积光源所辐射的光通量单位：lm·m-26）照度（Ev）---投射到单位面积上的光通量单位：勒克斯（lx=lm·m-2）---接受光的面元上单位面积被辐射的光通量7）曝光量（Hv）---照度对时间的积分单位：lxs二、光度的基本物理量10三、光度学基本定律1、余弦定律（布给定律）任意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间的

4、夹角余弦变化。11三、光度学基本定律被光照的表面是理想漫反射表面（朗伯辐射表面）—朗伯余弦定律1、余弦定律（布给定律）12三、光度学基本定律2、亮度守恒定律1）光束在同一种介质中传输13三、光度学基本定律2、亮度守恒定律1）光束在同一种介质中传输L1=dI1/(dA1cosθ1)=d^2Φ/(dA1cosθ1dΩ1)L2=d^2Φ/(dA2cosθ2dΩ2)dΩ1=dA2cosθ2/r^2dΩ2=dA1cosθ1/r^2L1=L214三、光度学基本定律2、亮度守恒定律2）光从一种介质传输到另一种介质考虑折射定律：nsinθ1=n'sinθ2L1/n^2=L2/n'^2基本幅亮度守恒15

5、三、光度学基本定律2、亮度守恒定律3）光传输过程中有光学系统L2=τ(n2/n1)^2L1光学系统的透射比τ<1一般光学系统的n1=n2光学系统无助于亮度的增加是通过材料或介质的光通量或辐射量与入射通量之比。16三、光度学基本定律3、照度与距离的二次方反比定律理想点光源：dA=dΩR^2E=Φ/dAE=Φ/dΩR^2实际点光源（半径为r）：E≈πr^2Φ/dΩR^2=πLr^2/R^217四、光辐射在空气中的传播1、大气衰减1）大气分子吸收N2、O2：含量较多，但对可见光和红外光几乎不吸收；He、Ar、Xe、O3、Ne等：含量甚微，在可见光的近红外区吸收谱线，不考虑其吸收作用；H2O、

6、CO2：是可见光和红外光最重要的吸收分子。大气窗口18四、光辐射在空气中的传播1、大气衰减2）大气分子散射瑞利散射：入射光在线度小于光波长的微粒上散射后散射光和入射光波长相同的现象；米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。19四、光辐射在空气中的传播2、空气湍流效应大气运动形式层流湍流d»l——光强闪烁d≈l——像点抖动d«l——光束漂移—光束弯曲光束直径湍流尺寸20五、光电测试技术中常用的光学系统1、显微光学系统1）放大镜人眼直接观察物体：人眼观察物体时通常放在明视距离（L=250mm）21五、光电测试技术中常用的光学系统1、显微光学系统1）放大镜22五、光电测试技

7、术中常用的光学系统1、显微光学系统1）放大镜tanω'=y'/(-x'+a')≈-y'/x'y'=βy=-(x'/f')ytanω'≈-y'/x'=y/f'Γ=tanω'/tanω=250/f'23五、光电测试技术中常用的光学系统1、显微光学系统组成---物镜、目镜、照明系统现代光学系统---摄像器件（如CCD等）获取物镜所成的像（光敏面放在物镜的像平面上）---省略目镜2）显微镜光路原理24五、光电测试技术中常用的光学系统1、显微光学系统2）