Geometrická optika. Energetické vlastnosti optického záření. zářivý tok (výkon záření) Φ e. spektrální hustota zářivého toku Φ Φ = e

Transkript

1 Enrgticé vlastnosti opticého zářní popisují zářní z hlisa přnosu nrgi raiomtricé vličiny zářivý to (výon zářní) t W [W] zářivá nrgi W, trá proj za jnotu času nějaou plochou sptrální hustota zářivého tou část zářivého tou připaající na intrval vlnových él (,+)

2 Zářivost zroj I Gomtricá optia boový zroj zářivost I boového zroj v směru osy lmntárního prostorového úhlu Ω, tj. v aném směru, j ána poílm části zářivého tou, trý vychází z zroj o malého prostorového úhlu Ω, a vliosti tohoto prostorového úhlu Ω I 1 Ω [W sr ] Z Ω

3 Zář (plošná zářivost) Gomtricá optia plošný zroj poíl zářivosti I lmntární plošy o obsahu S zroj v zvolném směru (úhl měřím o normály plošc S) a olmého průmětu plošy v tomto směru zářivost j určna jao část clového zářivého tou ( ), trý vyzařuj zroj o lmntárního prostorového úhlu Ω v aném směru I S cos ( ) S cos Ω 1 [W m sr ] ( ) Intnzita vyzařování M určna poílm zářivého tou vysílaného anou plošou zroj o poloprostoru a obsahu S této plošy M S [W/m ] S Z Ω

4 Intnzita ozařování E Gomtricá optia j určno poílm zářivého tou a plošy S, na trou tnto to opaá E S [W/m ] Z Ω S r S cos

5 Dtc opticého zářní rcptorm zářní na rcptor opaá zářivý to v oblasti vlnových él (,+) ( ) výstupní signál rcptoru v ůslu zářivého tou Y Y ( ) sptrální citlivost Y Y ( ) s( ) rcptoru ( ) poměrná sptrální citlivost rcptoru s r s( ) ( ) m s ( m) 1 s( ) r m

6 clová vliost vstupního tou v oblasti vlnových él ( 1, ) ) ( ) ( ) ( r m s s s Y Y clová vliost výstupního signálu Y () s r ()

7 Fotomtricé vlastnosti opticých soustav paramtry opticých soustav ovlivňují fyziální vlastnosti světlného pol při jjich průchou (zjména intnzitu zářní) Světlný to výon zářivého tou, zhonocný pol světlného vjmu, trý vyvolává na ttoru zářní (lisé oo) K světlná účinnost zářní [W] [lm] K m 683 lm/w V K K m poměrná světlná účinnost zářní sptrální rozělní nrgi W zroj zářní K W V W [lumn] K m 0

8 Světlný to 1 lm j světlný to, trý vysílá absolutněčrné tělso při tplotě tuhnoucí platiny (T 04,5 K) plochou o vliosti S 5, cm Plancůvvyzařovací záon H C 1 C T 5 1 C 16 1 πhc 3,74 10 Wm C hc / 1, m K K m S 0 V 1 H K m 683 lm/w K m 1746 lm/w

9 poměrná světlná účinnost zářní V() vyjařuj citlivost lisého oa na světlo o ané vlnové élc j rozílná pro nní ( m 555 nm) a noční viění ( m 505 nm) m 505nm m 555nm V () V ()

10 sptrální rozělní nrgi W zroj zářní vyjařuj vyzařování nrgi aného světlného zroj v závislosti na vlnové élc j rozílné pro různé zroj světla

11 slunční světlo njběžnější osvětlní používané pro njrůznější účly pouz malá část s nachází v viitlném sptru nní světlo j vnímáno zram jao bílé sptrum slunčního zářní

12 Svítivost I svítivost I boového zroj v směru osy lmntárního prostorového úhlu Ω, tj. v aném směru, j ána poílm části světlného tou, trý vychází z zroj o malého prostorového úhlu Ω v tomto směru a tohoto prostorového úhlu Ω I Ω [anla] ambrtovsé (osinové) zářič Z Ω S svítivost I u plošných zrojů má v mnoha přípach závislost na směru o normály zářící plošc I I cos I I n n

13 svítivost I zroj s v praxi charatrizuj tzv. fotomtricým iagramm svítivosti, trý lz zísat pomocí fotogoniomtru

14 Jas Gomtricá optia poílm svítivosti I lmntární plošy o obsahu S zroj v zvolném směru (úhl měřím o normály plošc S) a olmého průmětu plošy v tomto směru svítivost j určna jao část clového tou ( ), trý vyzařuj zroj o lmntárního prostorového úhlu Ω v aném směru I S cos ambrtovsý (osinový) zářič I I n cos I S cos ( ) S cos Ω I n S n onst. [nit c/m ] S Z ( ) Ω

15 Osvětlní E Gomtricá optia j určno poílm světlného tou a plošy S, na trou tnto to opaá E a) osvětlní o boového zroj S [lux] Ω S cos r I S cos r Z Ω I E cos S r S r S cos

16 b) osvětlní o plošného zroj y - ruhová ploša, osinový zářič S πyy I S cos πyy cos r y a β C y tg y cos a cos I cos E C π a sin cos β πr π sin π sin β r 0 E C + r << lz považovat za boový zroj

17 Přílay fotomtricých vličin Gomtricá optia Jas [nit] povrch Slunc 10 9 zářiva plamn svíčy oblačná obloha Měsíc 10 3 Osvětlní E [lux] přímé slunční světlo 10 4 rozptýlné nní světlo 10 3 umělé osvětlní místnosti 100 měsíční světlo 0,

18 Světlní M Gomtricá optia určno poílm světlného tou vysílaného anou plošou zroj o poloprostoru a obsahu S této plošy M S [lm/m ] ( ) Expozic H H E t [ lux s] Z Ω součin osvětlní E plochy a oby t, po trou osvětlní trvá S

19 Příla: - boový zroj o svítivosti I 1800 c osvětluj z vzálnosti 5m su stolu o vliosti 30 30cm v směru 30 o normály sc (orazivost sy stolu R 0,8) osvětlní sy I E cos 6,3 lx S světlní sy M R E 49,8 lm/m Ω π(1 cos ) Ω πsin S cosω π S π/ 0 sin cos π S M S π jas sy svítivost sy M I S / π 15,9 nit 1,43 c

20 Osvětlní v rovině obrazu plošný zroj v praxi nás zajímá, jaé bu osvětlní E v obrazové rovině opticé soustavy při různých paramtrch opticé soustavy (zaclonění, zorném poli) B η π π η S B n n R OS S P P ω ω S P S P S p R p S B B E Kω B E 4 cos ω n π T E T π sin n 4n c

21 a) osový bo ρ ρ cos psin p ϕ ϕ ρ ρ Ω sin cos cos p p p S ρ ϕ S p S p lmntární světlný to v rovině vstupní pupily ϕ Ω cos sin cos S S S S π ϕ π 0 0 sin cos sin T S π sin sin sin n n T S S T 1 sin sin m x y x y S S m n n 4 ) sin ( c T n n T n S E π π osvětlní v střu obrazu

22 b) mimosový bo lmntární světlný to v pupilách Ω S p cosω R S p cos p 3 ω B ΩS B cosω SB S p p cos 4 ω cos 4 ω S B Sp 4 4 B cos ω cos ω B p Světlnost Ψ Ψ E určna poílm osvětlní E obrazu a jasu přmětu osvětlní v obrazové rovině 4 E B KωE cos ω Kω π 4n T c cos 4 ω osvětlní v obrazové rovině lz ovlivňovat propustností T, oficintm vigntac K ω a clonovým číslm c

23 Osvětlní v rovině obrazu boový zroj boový zroj j v praxi tn, trý s jví po úhlm mnší nž 1 (mnší nž rozlišovací schopnost oa) osvětlní v obrazu boového zroj fyziálně oonalá opticá soustava vzhlm ifraci světla nbu obrazm bou bo, al ploša s nrovnoměrným rozělním intnzity δ 1, c I n J τ τ 1 ( ) τ πr c π x + c y iryho is δ δ 1, c poloměr ifračního obrazc

24 osvětlní o osového bou Ω Sp sin ϕ p cos I Ω I sin ϕ η π π η B n n R OS p ω S P P P S P ω R p S S B B I π 0 ϕ 0 sin πi (1 cos S π( 1,f / D) ) 0 sin tg 0 cos 1 D p D 1 8 p E T TI (1 cos S S (1,f / D) ) 4 I TD (,44pf ) & I πd 4 p S Ω

25 Příla: (lsání osvětlní na fotografii ) c 1 1,4,8 4 5, E 0 /E ω 0º 0º 40º 60º 80º 100º 10º tgω f y E/E 1 0,94 0,78 0,56 0, Osvětln tlní obrazu E π T cos 4 c 4 ω