光学（精选11篇）
光学 篇1
摘要：准确度和稳定性是光学电流互感器(OCT)的主要性能指标。文中在自适应光学传感器的基础上进行研究和改进,提出采用新型的稳定性高的传感头设计与锁定放大器进行微弱光电信号检测相结合的方法,即在磁光传感系统中采用螺线管聚磁光路结构,并缩短磁光传感材料,提高OCT的长期运行稳定性,信号处理部分采用锁定放大器和与传统电流互感器互补结合的方法综合提高OCT的暂态和稳态准确度。最后通过虚拟仪器LabVIEW对检测系统进行仿真实验。
关键词：光学电流互感器,锁定放大器,运行稳定性,测量精度,输出信噪比
0 引言
随着数字化变电站的发展,以法拉第磁光效应[1,2]为原理的自适应光学电流互感器(AOCT)[3]逐步实现了实用化[4]。以往的AOCT传感部分通常采用顺磁性磁光材料以便于实现自适应光学传感过程[5],然而顺磁性磁光材料Verdet常数比较大,当AOCT测量暂态大电流时法拉第旋转角非常大,导致非线性误差及各谐波所引起的畸变比较大。为了进一步完善和发展AOCT,解决其存在的问题,本文在螺线管聚磁光学传感头中采用抗磁性磁光材料,并缩短磁光材料的长度,以减小AOCT的非线性误差及各谐波所引起的畸变,并进一步提高其长期运行稳定性。但此时AOCT测量小电流得到的光电信号主要被AOCT内部固有噪声影响,严重时会被湮没,其测量值存在较大误差。因此,如何有效地去除噪声的影响,同时得到高精度的数据以确保实现自适应光学传感过程是必须解决的问题。在原有AOCT的基础上,本文通过在信号处理部分采用锁定放大器(LIA),使得改进后的AOCT实现大范围电流的高精度测量,综合提高AOCT的暂态和稳态准确度。通过基于虚拟仪器LabVIEW的检测系统对本文提出的电流测量过程进行仿真实验。
1 AOCT的电流测量过程
根据对光学电流互感器(OCT)数学模型[4]的分析可知,被测电流包括50 Hz的基波电流及各次谐波电流,各种电流成分作用下的光学传感系统所表现的特性始终是一致的[1],而且外界对OCT的影响也不会由于电流成分的不同而有所变化。因此,基波电流与其他电流成分所对应的OCT的比例系数相同。AOCT的系统原理如图1所示。
图1中的稳态电流参考模型是以传统电流互感器为传感元件的电子式互感器,提供高精度的基波电流量测量。在电力系统稳态时,稳态电流参考模型的测量值经过横向滤波器组直接输出,同时光学传感元件OCT部分通过整周期累加平均法计算基本光强P0,利用稳态电流参考模型所测得的电流信号作为光学传感元件的锁定放大器部分的同频率基波参考信号,在稳态电流参考模型和光学传感元件所测得的电流信号经锁定放大器后应用自适应算法计算自适应校正系数。
由于采用基于电磁感应原理的电流互感器作为参考模型来提高其稳态测量精度,当电力系统发生故障时,稳态电流参考模型会因电流中出现的非周期分量产生磁饱和现象而导致严重的波形失真。因此,在电力系统出现故障后必须停止计算自适应校正系数,以避免稳态电流参考模型的失真波形影响OCT的输出,同时需要停止计算P0。由于电力系统中故障时间非常短,外界因素如温度等对光学传感元件的影响在暂态过程中是不变的,故障前后的自适应校正系数也就不变,此时系统采用故障前一时刻稳态所计算出的自适应校正系数,使故障后AOCT的准确度也达到参考模型稳态准确度的水平;同时可认为短时间内OCT中的P0不变,将稳态情况下计算出的P0代入,在后续电路中直接减去该值,通过滤波器组直接输出故障电流信息。故障后的校正参数并不是以故障后参考模型的输出为基础计算得到的,因此故障后由饱和等因素引起的参考模型输出误差不会影响AOCT的暂态准确度。另外,由于通过直接减去P0而得到故障电流,保留了非周期分量,解决了原OCT的单光源单探测器交流/直流法不能测量非周期分量的问题。
为了能将稳态测量期间所获得的自适应校正系数以及P0值应用到暂态测量中,以更好地消除温度、双折射等因素的影响,必须在电流突变瞬间就捕获突变时刻和突变量的大小。本文采用突变量检测方法,检测出电力系统由稳态向暂态转变瞬间会在被测电流中出现的奇异点,以闭锁基本光强的计算过程及校正参数的自适应算法。当电力系统发生故障时,通过突变量检测立即停止计算P0,利用暂态测量通道输出故障电流值,此时不经过稳态测量通道,因此停止计算新的校正参数,并采用故障前一时刻的P0和稳态所计算出的自适应校正系数,通过横向滤波器组直接输出,如图1中虚线所示。
需要指出的是,由于在稳态电流参考模型和光学传感元件的输出信号之后都采用了锁定放大器,因此改进后的AOCT有效地抑制了AOCT内部噪声,提高了信噪比。在保证AOCT的非线性误差及各谐波畸变很小的前提下,提高了改进AOCT对大范围电流测量的精确度和其暂态及稳态准确度。
2 锁定放大器
将锁定放大器应用到AOCT微弱信号系统中,对光电探测器中的噪声[6]有很好的抑制作用。本文采用了正交矢量型锁定放大器[7]进行AOCT微弱信号的检测,其系统结构如图2所示。
电力系统稳态运行时,在不考虑谐波输出的情况下,对于被测稳态电流i=Imsin(ωt+φ),光电探测器输出的电压信号为[4]:
u(t)=P0(1+2θ)=P0+2P0VImsin(ωt+φ) (1)
式中:θ为法拉第旋转角;V为磁光材料的Verdet常数。
经过整周期累加平均方法可得P0,在后续电路中减去该值,即可得到携带有用电流信息的交流量,通过带通滤波器(BPF)及前置放大器后的输出信号为:
式中:Vs=2k1P0VNIm。
忽略光电探测器中白噪声,通过BPF后变成的以ω为中心频率的窄带噪声为n(t),选择参考信号为Vr1(t)=sin ωt,Vr2(t)=cos ωt,则相敏检测器PSD1的输出为:
up1(t)=-0.5Vscos(2ωt+φ)+0.5Vscos φ (3)
相敏检测器PSD2的输出为:
up2(t)=0.5Vssin(2ωt+φ)+0.5Vssin φ (4)
通过LPF和GDC后,便可以得到同相输出I和正交输出Q:
根据
考虑窄带噪声n(t)的影响[8],n(t)可分解为:
式中:nc(t)和ns(t)是2个相互独立的低频平稳随机过程,它们的均值都为0,幅度分布为高斯分布,功率谱密度在-B/2~B/2带宽范围内恒定为N0/2,且nc(t)和ns(t)的功率相同,都等于n(t)的功率。
n(t)Vr1(t)=(nc(t)cos ωt-ns(t)sin ωt)sin ωt=
0.5nc(t)sin 2ωt+0.5ns(t)cos 2ωt-
0.5ns(t) (8)
n(t)Vr2(t)=(nc(t)cos ωt-ns(t)sin ωt)cos ωt=
0.5nc(t)cos 2ωt+0.5nc(t)-
0.5ns(t)sin 2ωt (9)
噪声的和频项被滤除后,其噪声分别主要表现为-0.5ns(t)和0.5nc(t),且由于nc(t)和ns(t)的均值都为0,通过长时间的积分作用后,可大大滤除噪声。
由此可见,虽然磁光材料的缩短会使得改进AOCT输入信噪比降低,但其非线性误差及各谐波的畸变很小,所受外界温度干扰的影响也大为降低,使得其长期运行稳定性大为提高;同时,通过微弱信号检测过程可看出在信号处理部分采用锁定放大器能有效抑制光电探测器的主要噪声,将信号从噪声中分离出来,输出最初正确的微弱电流信号,从而提高了改进AOCT的输出信噪比和测量精度。
3 AOCT交流电流检测实验
为了检验改进AOCT的测量性能,需要进行交流电流的检测实验。实验电路如图3所示。
实验采用的设备包括调压器、400匝螺线管、滑线变阻器(取值100 Ω)、47 μF电容器、用于测量线路电流的PROVA-11型微电流交直流钳形表、HKA0.5-NP霍尔小电流传感器、LXYA 100 V/3.5 V微型精密高精度变换器、NI USB-6251数据采集卡。由于在实验室中没有直接产生600 A~1 000 A的大电流发生器,为此采用提高安匝数的办法将通过螺线管的小电流等效放大,以达到发生大电流的效果。需要强调的是,在实验中所采用的螺线管不是前文所述的光学传感系统中通过一次大电流的聚磁螺线管。在实际应用中,AOCT光学传感系统中的聚磁螺线管的匝数通常是几匝。
NI USB-6251是一款高速多功能数据采集模块,在高采样率下也能保持高精度。通过DAQ Assistant软件可以实现数据采集并将模拟信号与所编写好的LabVIEW程序[9,10]相连。本文采取用传统电流互感器作为参考信号,经移相得到正交的参考信号,计算AOCT测量值与电流互感器测量值,并得到两信号在噪声情况下的测量误差。AOCT信号检测结构如图4所示。
由于实验在非恒温条件下进行,所采集的AOCT和传统电流互感器信号会受到温度变化的影响,因此需要在运行一段时间后重新计算其整定值。调节接触调压器输出所要测量的AOCT信号和电流互感器信号,采样率选择10 kHz,被测信号频率为50 Hz,采样点数为105时,连续运行400次,记录每次AOCT测量值与电流互感器测量值之间的电流幅值最大误差,如图5所示。
实验结果证明AOCT与电流互感器通过锁定放大器后的测量值误差在0.2%以内,检测系统能有效滤除噪声,提高了输出信噪比和测量准确度。
4 结语
本文在采用AOCT中的螺线管聚磁光学传感头的基础上,改用抗磁性材料并缩短磁光材料的长度,提高了OCT的长期运行稳定性。在信号处理部分采用锁定放大器和与传统电流互感器互补结合的方法综合提高OCT的暂态和稳态准确度。同时,利用LabVIEW对检测系统进行了仿真实验,证明检测系统能有效滤除噪声,提高了输出信噪比和测量准确度。
感谢华北电力大学校内博士学位教师基金的资助。
参考文献
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[10]陈锡辉,张银鸿.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通.北京:清华大学出版社,2007.
漫话中国古代光学 篇2
就技术的影响而言，在文艺复兴之时和之前，中国占据着一个强大的支配地位……世界各国受中国古代和中世纪顽强的手工业者之赐远远大于受亚历山大时代的技工、能言善辩的神学家之赐。
第1条影子是不动的，影子变动的表象是物体和光源位置改变所造成的。
物体如果受两个光源照射，就会有两个影子。两个光束的重叠部分是一束更亮的光，产生的是一个影子。
墨子，名翟
春秋末战国初期人。
他的《墨经》是人类历史上第一部关于光学现象与规律的著作，《墨经》中有关光的纪录有8条。
光照到人身后的镜子上再反射到人身上，人影的位置和太阳在同一侧。
影子大小取决于物体位置和远近，小光源照射物体，物体影大于物，大光源相反。
光线通过小孔形成倒立的影像，倒像的大小取决于小孔的位置。
平面镜成像时，由于镜面对称，“物体”与“像”分立镜面两边。
描述了凹面镜成像的规律，成虚像和实像大小与物体距离焦点位置的关系。
物体距凸面镜镜面近时所成像大，距镜面远时所成像小，且都是正立虚像。
墨子还在观察中发现了视觉形成的机制，眼睛因光线的存在而能看见，这是领先世界的伟大发现。
墨家精确的科学理论直至汉代仍有极大的影响力。
淮南王刘安的《淮南子》受其影响，记载了简单潜望镜的制作方法。
北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中对小孔成像、平面镜、凹面镜、凸面镜进行了更细致的研究，还提出了本土光学概念“格术”。
古人利用光学投影原理发明了各种游戏。有人在豆荚的透明内膜上作画，画完之后，表面上看不出区别。
而利用光影的原理来看，屋内白墙上的龙、蛇、车、马等历历可见。
汉武帝思念过世的李夫人，有方士说能够招魂，于是设立了帘帐，帘后出现了李夫人的身影。这个故事是中国关于皮影戏的最早记载。
中国与光相关的器物种类繁多。青铜时代之后，中国古代人又率先发明了铜镜技术。殷商铜镜是人类历史有记载的最早的光学仪器。
中国的铜镜还被用来取火，是用铜的凹面镜会聚太阳光线取火。
中国的圭表是一种光学仪器，分为“圭”和“表”两部分，根据投影的长短可以测定节气、推算历法等。
汉代开始，中国就有金属的“透光镜”。当一束光线射到这种金属镜的镜面时，经过反射，镜背面的花纹能清楚地映现在屏上。
到了现代，日本和西欧各国分别称中国铜镜为“魔镜”、“不等曲率镜”。说明我们的前辈已经了解金属吸收对反射的影响，并且掌握了精确控制镜子厚度的工艺技术。
《淮南子》一书中还有关于用冰透镜取火的记载，把冰削圆，做成一个冰透镜，做成一个冰透镜，
清代光学家郑复光希望制作冰透镜，他选取透明度好的冰，用手工削圆，结果不成功。
他想到一个巧妙的办法：用凹底的锡壶，注入热水，把冰块投进去，旋转壶体，直到冰块变成形状很好的凸透镜，取出。冰体凸透镜口径3寸，焦距2尺，对着太阳聚焦，竟然可使火媒着火。
南唐时著名的学者谭峭著有《化书》。其中记载了四种透镜：“小人常有四镜：
英国的李约瑟教授在研究了《化书》后认为：谭峭说的“圭”是双凹透镜，“珠”为双凸透镜，“砥”为平凹透镜，“盂”为平凸透镜。
而现代学者戴念祖经过考证认为， “圭”是平凸透镜，“珠”是双凸透镜，“砥”是类似磨刀砺石形状的平凹透镜， “盂”是以盂底命名的凹凸透镜。
赵友钦（1279-1368）字子恭，自号缘督，因此被称为缘督先生。他研究了“月体半明”的问题。他将一个黑漆球挂在屋檐下，比作月球，反射太阳光。他通过这个模拟实验，形象地解释了月的盈亏现象。
赵友钦设计了一个大型光学实验，实验布置在一幢2层楼房内。在楼下两个房间中各挖一个圆井，右房中的井深4尺，左房的井深8尺，其中放一个4尺高的台子。分别在右井底和左井中的台面上放置“千烛”作为光源，代表日、月。再用两块中间带孔的圆板盖住井口，左板上的孔较小，右板上的孔稍大。用天花板作为接受像的屏幕。用这套实验装置和小孔成像的实验方法，赵友钦正确而详细地确认了光直线传播的性质，并讨论了物距、像距、光的强度以及孔的大小变化对成像的影响。
中国古代的学者们取得了众多了不起的光学成就，本文根据中国光学学会提供资料进行改编，特此致谢。
光学 篇3
(一) 平面镜
物体在静止的平面镜中出现的反射, 这一结论来自于光学传播的基本定律。分析虚像原理, 可以简单理解为物体对镜平面产生的对称形体。
(二) 柱面镜
将曲面作为反射面时, 入射光线与过曲面形成的成像点法线产生的角便是入射角, 是相当于反射光线和同一法线之间产生的反射角, 并且在同一平面内产生了入射光线、反射光线和法线, 这个平面和过曲面产生的成像点切平面彼此垂直。但是, 在过曲面上由于各点比不是彼此平行的法线方向, 例如:柱面法线垂直相交柱轴的很多叉线。因此, 所谓的柱面反射的虚像缺少固定的位置能够寻找, 而是随着视点不同位置而出现了差异。
二、柱面光学透镜反射光线追迹
将圆柱反射面光线反射作为追迹范例, 在圆柱面顶点位置A构建直角右手坐标系, 促使AX平行于圆柱面母线, 坐标面的子午截面是AXZ。如此, 假如圆柱面设a为曲率半径, 与坐标面OYZ平行的任意平面去截圆柱面时, 都是在平面AXZ上获得截线, 半径是a的圆。在AXY存在于物面上的点D (X, Y, Z) 沿着适量C方向发出一光线, 光线在圆柱面上的投射点d1可以通过点d和适量c, 促使d成为物面A点到d点的位置向量;圆柱面定A1至投射点a1的位置向量;N则是从A1到垂直于光线的向量, 在两表面间线段的光纤通过垂直划分为两部分;分别是从A1向C1产生的辅助向量。
三、柱面光学镜在光学成像系统中的运用
(一) 单面柱面光学镜在光学系统应用
仅在一个方向上柱面镜有曲率, 利用柱面反射镜光纤矢量追迹可知, 一个截面维度方向对于平行光束来说产生了会聚或者发散功能, 但是不会对X轴方向发挥任何作用。由于球差因素造成单片传统柱透镜和柱面反射镜产生了船形光斑并且产生了小视场等问题, 见图1。
由于不成像是柱面镜与母线方向平行的特点, 不能通过传统分辨率对成像特点进行测试。所以将一幅与母线方向平行的分辨率测试板放置在物平面上, 利用单片离轴柱面反射镜实施成像分析, 仅子午面方向柱面反射镜条纹成像。对正单片反射镜球差很难进行校正, 需要综合多片反射镜才能实行校正, 另外一方面多片结构还可以产生基于子午方向柱面反射系统的宽视场。
(二) 优化抛物柱面方法
对于光学成像系统, 柱面镜出现了线聚焦效果, 光束几乎不会影响到平行弧失面, 致使像差在弧失方向较大进一步需要特殊处置整体优化。
假设在B光轴的右手坐标系中, 针对平行于母线与X轴的柱面反射镜, 主要是子午面中的Y轴产生成像光线的像差。本文指出了一种优化正交抛物柱面的方法, 由于在弧矢面方向母线与X轴柱面系统平行的光焦度为0, 即与XB平面平行的光纤不会产生任何会聚或者发散功能。将一个抛物柱面反射镜添加在像面前, 促使其母线方向与Y轴平行, 也即是正交于设计柱面系统的母线。
对于平行于子午面现场的光束, 只有抛物柱面反射镜焦距相等于到像面的距离时, 在像面上柱面系统到X轴方向会获得最好的平行光束的成像, 因为经过对抛物柱面镜后弧方向像差进行校正为零。至此, 评价这一柱面光学系统可以评价光线追迹图, 抛物柱面镜已经校正了弧矢方向的像差, 确定像面和抛物柱面镜的有关参数量之后就可以自行优化设计光学成像系统, 进一步对柱面系数进行优化。
(三) 优化设计三反柱面光学成像系统
三反射柱面系统可以有效解决传统单片柱透镜和柱面反射非理想成像光束线焦距、子午面像差大等问题。在对三反射柱面初始结构进行选择时能够通过计算初始的空间三反成像系统结构, 对四种像差同时消除, 因为柱面系数及母线平面的成像光束与普通的三反空间成像结构垂直并且类似于午面内的成像光束。
利用提出的对正交抛物柱面进行优化的方法, 首先设计圆柱面的三反柱面面型, 通过追迹柱面光线的方式设计不同的弧矢方向像差与子午方向像差的权重并且进行优化。图2揭示了优化圆柱面条件下三反柱面的子午面方向上与MTF的像差,
在图2中MTF三条曲线分别是三个不同的子午面视场的传递函数, 所设计的柱面系统对子午方向的MTF进行了优化, 全视场达到了3°, 子午面方向的MTF在子午边缘市场分辨率达到45lp/mm时优于0.2, 很好校正了像差曲线, 但是还是突出了子午像差, 需要对子午面方向的MTF数值才能进一步提高。
由于在抛物二次曲面在焦点处的最佳成像, 能够设计柱面面型形成二次曲线柱面反射结构, 母线依然平行于X轴方向。利用对正交抛物线柱面进行优化的方法, 还是设计优化弧矢方向像差和子午方向像差的不同权重, 获得了十分理想的优化效果。
结语
针对单片柱面透镜在光学成像系统中产生的不理想光束、小视场等特点, 科学研究了一种三反射式柱面光学体系, 通过正交抛物柱面对初始结构进行了优化。传递函数在子午面方向三反煮面系统各个视场调制中取得了较为理想的优化成果, 使其满足高空间分辨率成想要求, 进一步解决了光学成像系统对特殊柱面自行优化设计问题。
摘要：在非球面透镜中柱面镜是最普遍的一种, 采用球面系统具有分别描述成像的特点, 在一些特殊场合其具有特殊作用。本文主要分析了柱面光学透镜成像原理, 柱面光学透镜反射光线追迹, 柱面光学透镜在光学成像系统中的运用。
关键词：柱面光学透镜,光学成像,运用
参考文献
[1]王之江.实用光学技术手册[M].北京:机械工业出版社, 2009.
2011建筑光学练习 篇4
1．下列哪个颜色的波长为最长？ A.紫色
B.黄色 C.红色
D.绿色
2． 明视觉的光谱视效率最大值在下列哪个波长处？ A.455nm
B.555nm C.655nm
D.755nm
3．在明视觉条件下，人眼对下列哪种颜色光最敏感？
A.红色光
B.橙色光 C.黄绿色光
D.蓝色光
4．下列哪个光度量的对应单位是错误的？ A.光通量：lm
B.亮度：lm/m C.发光强度：cd
D.照度：lx
5．当光投射到漫反射表面的照度相同时，下列哪个反射比的亮度最高？
A.70
B.60 C.50
D.40
6．下列哪项指标不属于孟塞尔颜色体系的三属性指标？
A.色调
B.明度 C.亮度
D.彩度
7．全云天时，下列哪个天空部位的亮度为最亮？ A.在天空90度仰角处
B.在天空45度仰角处 C.在天空的地平线附近处
D.在太阳位置附近处
8．全云天时，下列那项因素对建筑室内采光所产生的天然光照度无影响？
A.太阳高度角
B.天空云状 C.大气透明度
D.太阳直射光
9．下列哪个城市属于V类光气候区？（200920）
A.上海
B.乌鲁木齐 C.重庆
D.广州
10．在侧窗采光口面积相等和窗底标高相同条件下，下列表述错误的是：
A.正方形采光口的采光量最高
B.竖长方形采光口在房间进深方向采光均匀度好 C.横长方形采光口的采光量最少
D.横长方形采光口在房间宽度方向采光均匀度差
11．下列关于矩形天窗采光特性的描述，那项是错误的？
A.采光系数越接近跨中处越大
B.天窗宽度越大，采光均匀度越好
C.天窗位置高度越高，采光均匀度越差
D.相邻天窗轴线间距越小，采光均匀度越好
12．下列哪种房间的采光系数标准值最高？
A.教室
B.绘图室 C.会议室
D.办公室
13．在侧面采光情况下，下列哪种房间的采光系数为1%？
A.办公室
B.会议室 C.设计室
D.多功能厅
14．下列那种采光窗的采光系数计算点是错误的？
A.多跨连续矩形天窗边跨在紧靠外墙内处
B.多跨连续矩形天窗中间跨在两跨交界的轴线上 C.中间跨屋脊处设平天窗时在两跨交界处的轴线上 D.多跨连续锯齿形天窗在两相邻天窗的界线上
15．在Ⅲ类光气候区，在室外天然光临界照度下，室内采光系数为2%时，室内天然光照度为：
A.200lx
B.150lx C.100lx
D.50lx
16．晴天时降低侧窗采光直接眩光的错误措施是：
A.降低窗间墙与采光窗的亮度对比 B.提高窗间墙与采光窗的亮度对比 C.设置遮阳窗帘 A.采用北向采光窗
17． 全云天时 下列那项不是侧窗采光提高采光效率的措施？
A.窗台高度不变，提高窗上沿高度 B.窗上沿高度不变，降低窗台高度 C.窗台和窗上沿高度不变，增加窗宽 D.窗台和窗上沿高度不变，减少窗宽
18．下列哪种光源的寿命最长？
A.高压钠灯
B.金属卤化物灯 C.白炽灯
D.荧光灯
19．下列哪种光源的光效最高？
A.白炽灯
B.荧光灯 C.卤钨灯
D.白光发光二极管
20． 下列哪种光源的光效最高？
A.金属卤化物灯
B.荧光灯 C.高压钠灯
D.荧光高压汞灯
21．下列哪种荧光灯灯具效率为最低？ A.开敞式灯具
B.带透明保护罩灯具 C.格栅灯具
D.带磨砂保护罩灯具
22．下列哪种灯的显色性为最佳？ A.白炽灯
B.三基色荧光灯
C.荧光高压汞灯
D.金属卤化物灯
23．关于灯具特性的描述，下列哪项是错误的？
A.直接型灯具效率高
B.直接型灯具产生照度高 C.间接型灯具维护使用费少
D.间接型灯具的光线柔和
24．下列哪种照明方式既可获高照度和均匀的照明，又最经济？
A.一般照明
B.分区照明 C.局部照明
D.混合照明
25．下列哪种房间的照度标准值最高？
A.多功能厅
B.中餐厅 C.咖啡厅
D.西餐厅
26．一般商店营业厅的照明功率密度的现行值是： A.12W/m
B.13W/m C.19W/m
D.20W/m
27． 下列哪种房间的照明功率密度最大？
A.医院化验室
B.学校教室 C.宾馆客房
D.普通办公室
28． 房间或场所内的通道和其他非作业区域的一般照明的照度值不宜低于作业区域一般照明照度值的（）。
A.1/2 C.1/5
B.1/3 D.1/10
29．下列减少室内人工照明所产生的反射眩光的做法，哪条不正确？
A.降低光源的亮度
B.改变灯具或工作面的位置
C.单灯功率不变，增加光源数量
D.减少灯具反射比
30．下列哪种措施会造成更强烈的室内照明直接眩光？ A.采用遮光角大的灯具
B.提高灯具反射面的反射角 C.采用低亮度的光源 D.提高灯具的悬挂高度
31．在下列哪种房间宜采用中间色温的荧光灯？
A.卧室
B.宾馆客房 C.起居室
D.办公室
32．用流明法计算房间照度时，下列哪项参数与照度计算无直接关系？ A.灯的数量
B.房间的维护系数 C.灯具效率
D.房间面积
2011年建筑光学练习题答案
1.C 6.C 11.C 16.B 21.D 2.B 7.A 12.B 17.D 22.A 3.C 8.D 13.D 18.A 23.C 28.B
4.B 9.C 14.A 19.D 24.D 29.C
5.A 10.D 15.C 20.C 25.A 30.B 26.A 27.A 31.D 32.C
1． 下列哪个颜色的波长为最长？ A.紫色
C.红色
B.黄色
D.绿色
提示：从本教材图2-1 光的基本性质图，紫色光波长最短，红色光波长最长。
答案：C。
6．下列哪项指标不属于孟塞尔颜色体系的三属性指标？
A.色调
B.明度 C.亮度
D.彩度
提示：孟塞尔颜色体系的三属性为色调（色相），明度，彩度（饱和度）。
答案：C。
8．全云天时，下列那项因素对建筑室内采光所产生的天然光照度无影响？
A.太阳高度角
B.天空云状 C.大气透明度
D.太阳直射光
提示：全云天时，太阳高度角、天空云状、大气透明度和地面反射能力对建筑室内采光所产生的天然光照度有影响，全云天时没有太阳直射光，所以无影响。
答案：D。
9．下列哪个城市属于V类光气候区？
A.上海
B.乌鲁木齐 C.重庆
D.广州
提示：重庆属于V类光气候区;上海属于Ⅳ类光气候区;乌鲁木齐、广州属于Ⅲ类光气候区。
答案：C。
10．在侧窗采光口面积相等和窗底标高相同条件下，下列表述错误的是： A.正方形采光口的采光量最高
B.竖长方形采光口在房间进深方向采光均匀度好 C.横长方形采光口的采光量最少
D.横长方形采光口在房间宽度方向采光均匀度差 提示：假设窗底标高相同，窗口面积相等，正方形窗
竖长方形窗 横向带窗
进光量： 多
中
少 纵向均匀性： 中
好
差 横向均匀性： 中
差
好 答案：D。
11．下列关于矩形天窗采光特性的描述，那项是错误的？
A.采光系数越接近跨中处越大
B.天窗宽度越大，采光均匀度越好
C.天窗位置高度越高，采光均匀度越差
D.相邻天窗轴线间距越小，采光均匀度越好
提示：天窗位置高度越高，采光均匀度越好，但照度平均值下降 答案：C。
12．下列哪种房间的采光系数标准值最高？
A.教室
B.绘图室 C.会议室
D.办公室
提示：教室、会议室、办公室采光系数标准值为2%，绘图室为3% 答案：B。
13．在侧面采光情况下，下列哪种房间的采光系数为1%？
A.办公室
B.会议室
C.设计室
D.多功能厅
提示：侧面采光时设计室为3%，办公室、会议室2%，多功能厅为1%。答案：D。
15．在Ⅲ类光气候区，在室外天然光临界照度下，室内采光系数为2%时，室内天然光照度为：
A.200lx
B.150lx C.100lx
D.50lx 提示：采光系数计算公式： CEn100%EW
（15－23）
答案：C。
19．下列哪种光源的光效最高？
A.白炽灯
C.卤钨灯
90lm/W。
B.荧光灯
D.白光发光二极管
提示：白炽灯光效7～14lm/W，卤钨灯光效12～18lm/W，荧光灯光效32～ 5 根据《新型LED城市道路照明系统》，作者：钱可元，罗毅，目前商业化的白光LED 光效已达到90～100lm/W 左右，预计2 年内能达到150lm/W 以上，而这并非LED光效的上限，各国的专家都把光效的目标定在200lm/W 左右。所以白光发光二极管光效最高。
答案：D。
20． 下列哪种光源的光效最高？
A.金属卤化物灯
B.荧光灯 C.高压钠灯
D.荧光高压汞灯
提示：金属卤化物灯光效70～110lm/W, 高压钠灯44～120lm/W, 荧光灯32～90lm/W, 荧光高压汞灯31～52lm/W。
答案：C。
21．下列哪种荧光灯灯具效率为最低？ A.开敞式灯具
B.带透明保护罩灯具 C.格栅灯具
D.带磨砂保护罩灯具
提示：从《建筑照明设计标准》表3.3.2-1 荧光灯具的效率，开敞式灯具效率为75%，带透明保护罩灯具效率为65%，带磨砂保护罩灯具效率为55%，格栅灯具效率为60%。
答案：D。
25．下列哪种房间的照度标准值最高？
A.多功能厅
B.中餐厅 C.咖啡厅
D.西餐厅
提示：多功能厅的照度标准值为300lx，中餐厅200lx，咖啡厅、西餐厅100lx。答案：A。
27． 下列哪种房间的照明功率密度最大？
A.医院化验室
B.学校教室 C.宾馆客房
D.普通办公室
22提示：医院化验室照明功率密度为18 W/m，宾馆客房15 W/m，学校教室、普通2办公室11 W/m。
答案：A。
30．下列哪种措施会造成更强烈的室内照明直接眩光？ A.采用遮光角大的灯具 B.提高灯具反射面的反射比 C.采用低亮度的光源 D.提高灯具的悬挂高度
蔡斯推出运动光学新品 篇5
胜利SF系列望远镜是目前蔡斯光学性能最优异的双筒望远镜，适合野外观鸟、旅行和探险和摄影，有8×42和10×42两种规格，视角范围分别是148米和120米，最近对焦距离1.5米，重量仅780克。它们内充氮气，有防尘、防水泼溅、防反光、防雾化设计，在-30～63℃的温度范围和雨、雪等恶劣环境下都能常年正常使用。光学方面，它们都采用了最高等级的肖特（Schott）ED玻璃和新研发的Ultra-FL莹石镜片，透光率高达92%，色彩还原真实，从视野中心到边缘都有清晰、锐利的图像。它们的物镜和目镜都采用了专利的LotuTec莲花镀膜和著名的T*镀膜技术，有效防止水和污垢污染镜片，减小杂光引起的对比度下降。人体工程学设计的调焦系统和镜身可以用一个手指迅速对焦，长时间使用也不会疲劳。
蔡司胜利DiaScope 85FL单筒望远镜主要为安装在三脚架上观鸟和其他野生动物设计，体积小巧，重量不到1.5千克，目镜可更换，配上330克的Vario 20-60倍目镜不过1.81公斤。它的物镜口径85mm，最近对焦距离7米。可以通过T2转接环配合数码 单反相机拍摄，将望远镜变成一只焦距1000mm、最大光圈f/12的超长焦镜头。也可通过其他附件配合无反相机、袖珍相机、手机等多种设备观景、拍摄。
蔡司新推出的虚拟实景头戴式产品VR ONE趣味十足，把手机安装一个APP、放进一个托盘插进去就可以看穹幕立体电影，或实现各种特技图像效果，价格仅为1500元左右，比索尼等品牌的类似产品便宜几倍。这款产品在德国已经上市，即将在中国上市。
《光学》考点透视 (上) 篇6
1.光的直线传播规律及应用。
2.在光的反射定律的考查中应包括光的反射定律及应用, 平面镜的成像特点等内容, 特别是平面镜的成像特点的实验探究及应用。
3.光的折射现象、折射规律等知识的考查重在记忆和理解;经常考查光的直线传播、光的反射、光的折射等光现象的区分;也涉及色光、颜色、看不见的光等光现象的考查。
4.考查根据凸透镜、凹透镜的三条特殊光线画光路;考查平面镜作图。
5.考查:探究“凸透镜的成像规律”的实验过程及研究方法;凸透镜的成像规律的掌握程度及应用。
6.考查生活中的透镜及眼睛、眼镜。
重点考点:
1.光现象的理解和区分。
2.探究“光的反射规律”“平面镜镜成像规律”和“凸透镜的成像规律”的实验过程及研究方法。
3.平面镜镜成像、凸透镜的成像规律的掌握程度及应用。
热点考点:
1.光的直线传播、反射、折射现象的区分、规律及现象解释。
2.探究平面镜成像规律及应用。
3.光学元件的作用及光学作图。
4.探究“凸透镜的成像规律”, 凸透镜的成像规律的理解及应用。
5.生活中的透镜及眼睛、眼镜。
6.看不见的光, 物体的颜色。
命题方向和规律:
题型:主要有选择题、填空题、作图题、问答题、实验探究题等。选择题、填空题主要考查基础知识和基本能力;光学作图题主要集中在平面镜成像特点、凸透镜对光线的作用及成像规律上;实验探究题主要集中在探究光的反射和折射的规律、探究平面镜及凸透镜成像规律上, 也有联系高中知识如折射率出探究题;光学问答题一般在实际应用方面出题。另外也考查红外线、紫外线、眼睛和眼镜、实像和虚像的区别等方面的知识, 一般以填空题和选择题的形式出现的, 也有以探究、问答题的形式出现。
分值:光学在中考中分值一般在10分左右。
考点1:光的直线传播
例题 (2013·湖南娄底) :如图所示的4种现象中, 由光的直线传播形成的是 () 。
『解析』选项A和B都是光的折射现象, A是海市蜃楼现象, 由于空气分布不均匀, 光在不均匀的空气中传播时会发生折射, B中插入水中的树枝好像弯折了, 这是树枝的光进入人眼时在水面发生了折射;选项C水中的倒影, 是平面镜成像, 是由光的反射形成的;选项D手影是由光的直线传播形成的。
『答案』D。
『点评』
考点:光的直线传播。
主要考查:光的反射、光的折射、光的直线传播现象三种光现象;考查了学生对三种光学现象的区分。
解题关键:把握住三种光现象的本质, 注意区分各个现象的形成原因, 知道生活中与之相关的现象和实例。
考点2:光的反射
例题 (2013·山东东营改编) :如下左图所示是小明同学探究反射定律的实验装置。平面镜M平放在平板上, 白色硬纸板竖立在镜面上, 硬纸板是由E、F两块粘接起来的, 其中F可绕接缝ON转动。
(1) 小明让一束光贴着纸板射到O点 (如下左图) , 要使入射光线和其反射光线的径迹同时在纸板上出现, 纸板与平面镜的位置关系是______ (选填“一定垂直”“一定不垂直”或“可以垂直也可以不垂直”) ;
(2) 小明探究反射角和入射角之间的关系时, 三次改变入射的大小, 实验所测数据如下表, 他根据表中数据得出的结论和其他同学的结论并不一致。请你根据表中的数据分析小明实验中出现错误的原因是______;
(3) 硬纸板F的主要作用是什么?
『解析』本实验探究光的反射定律:主要研究的是两角关系和三线关系。 (1) 要使入射光线和其反射光线的径迹同时在纸板上出现, 则法线必须与平面镜垂直, 并且反射光线、入射光线和法线必须在同一平面内, 因此纸板与平面镜的位置关系必垂直; (2) 根据反射定律, 反射角等于入射角, 反射角是反射线与法线的夹角, 入射角是入射线与法线的夹角, 当入射角分别为20°、30°、50°时, 反射线与法线的夹角, 即反射角也应分别是20°、30°、50°, 而70°、60°、40°正好是反射光线与镜面的夹角, 所以是把反射光线与镜面的夹角当成了反射角; (3) 通过硬纸板F可观察到光的反射路径, 也可以探究入射光线、反射光线和法线的位置关系, 从而验证反射光线与入射光线及法线在同一平面内。
『答案』 (1) 一定垂直; (2) 把反射光线与镜面的夹角当成了反射角; (3) 硬纸板F的主要作用是: (1) 呈现反射光线, (2) 验证反射光线与入射光线及法线在同一平面内。
『点评』
考点:光的反射定律。
主要考查:研究光的反射定律的实验;入射角的意义;器材的作用。
解题关键:理解光的反射定律;知道入射角是反射光线与法线的夹角, 而不是反射光线与镜面的夹角;掌握器材的作用。
例题 (2013·山东德州) :下列成语涉及的光现象与其物理知识相符的是 () 。
A.凿壁偷光———光的反射B.一叶障目———光的折射
C.猴子捞月———光的折射D.杯弓蛇影———光的反射
『解析』A.凿壁偷光, 是利用光的直线传播;B.“一叶障目, 不见泰山”是指一片叶子挡在眼前就看不见东西了, 这是因为光是沿直线传播的;C.水中捞月, 水中的月亮是平面镜成像, 是光的反射现象;D.杯弓蛇影是弓在液面形成的倒影, 是光的反射现象。
『答案』D。
『点评』
考点:光的反射和传播。
主要考查:光的反射和传播现象、平面镜成像。
解题关键:理解光的反射和光的直线传播现象及应用, 理解成语、诗词、歌词中蕴涵的物理知识。
考点3:探究平面镜成像的特点
例题 (2013·山东日照) :如下甲图是小芳同学探究“平面镜成像的特点”的实验装置。 (1) 在实验中用透明的玻璃板代替平面镜, 主要是利用玻璃透明的特点, 便于____;
(2) 在竖立的玻璃板前放一支点燃的蜡烛M, 可以看到玻璃板后面出现蜡烛的像。小明拿另一支大小相同的蜡烛N在玻璃板后面移动, 直到它跟蜡烛M的像完全重合。由此可以得出的结论是___;
(3) 实验时, 小芳同学应在____ (填“M”或“N”) 侧观察蜡烛M经玻璃板所成的像;
(4) 细心的小芳透过玻璃观察蜡烛M的像时, 看到在像的后面还有一个较模糊、与像有部分重叠的像, 出现两个像的原因是_________;
(5) 经过三次实验, 记录的像A'、B'、C'与物A、B、C对应的位置如图乙所示。为了得到更多的实验结论, 接下来小明应该进行的操作是:_______。
『解析』 (1) 点燃的蜡烛通过玻璃板可以成像;又因为玻璃板具有透光性, 在玻璃板的一侧不仅可以看到像, 还可以看到后面另一支蜡烛, 这样便于移动蜡烛, 使它与点燃的蜡烛的像重合, 来确定蜡烛像的位置, 而平面镜不透光, 不能观察到镜后的情况, 不能确定像的位置; (2) 两段蜡烛大小相同是为了比较像和物的大小, 像和物重和则大小相同; (3) 根据平面镜所成的是像是虚像的特点, 应在物体一侧观察; (4) 由于像是由光的反射形成的, 而普通玻璃的两面都能反射光, 能成两个像, 所以通过玻璃板该同学看到了同一个蜡烛的两个像; (5) 平面镜成像的特点:像物等大、等距、连线与镜面垂直, 据此分析实验的操作步骤应该连接像与物的对应点, 判断连线与镜面是否垂直;通过归纳处理即可得出结论。
『答案』 (1) 确定像的位置; (2) 像和物大小相等; (3) M; (4) 玻璃板比较厚, 蜡烛经过两个反射面都会形成像; (5) 连接对应的像点和物点, 判断连线是否和镜面垂直;测出像点和物点到玻璃板的距离进行比较。
『点评』
考点:实验探究平面镜成像的特点。
主要考查:考查学生动手操作实验的能力并能合理解决实验中出现的问题。
解题关键:熟练掌握平面镜的成像特点, 掌握实验的过程及操作。平面镜是最重要的光学元件, 又是光的反射定律的重要应用, 在生活中经常用到。成像原理、特点、探究平面镜成像实验及应用在中考经常出现。
例题 (2013·齐齐哈尔、黑河、大兴安岭) :如下图是某学习小组探究平面镜成像特点的实验装置, A是点燃的蜡烛, B是与A完全相同但未点燃的蜡烛。
(1) 此实验采用透明玻璃板代替平面镜, 虽然成像不如平面镜清晰, 但却能在观察到A蜡烛像的同时, 也能观察到B蜡烛, 巧妙地解决了________不易确定的问题;
(2) 选取两支完全相同的蜡烛是为了比较像和物的_________关系;
(3) 实验中小心地移动B蜡烛, 直到与A蜡烛的像完全重合为止, 观察记录之后, 将B蜡烛撤掉, 拿一张白纸放在刚才B蜡烛的位置, 却没有承接到A蜡烛的像, 这说明平面镜成的是_______像;
(4) 小组同学进行了正确的实验操作后, 得到的实验数据如下表:
实验数据中, 像和蜡烛到玻璃板的距离不是都相等的原因可能是:________ (写出一条即可) 。
『解析』 (1) 此实验采用透明玻璃板代替平面镜, 虽然成像不如平面镜清晰, 但却能在观察到A蜡烛像的同时, 也能观察到B蜡烛, 巧妙地解决了像的位置不易确定的问题; (2) 选取两支完全相同的蜡烛, 当玻璃板后面的蜡烛和玻璃板前面的蜡烛的像完全重合时, 可以确定像的位置, 同时也可以比较像物大小关系; (3) 实像能用光屏承接, 虚像不能用光屏承接, 拿一张白纸放在刚才B蜡烛的位置, 却没有承接到A蜡烛的像, 这说明平面镜成的是虚像; (4) 像物到平面镜的距离不都相等, 可能是玻璃板的厚度问题的原因或标记蜡烛位置时有误差, 也可能是测量距离时有误差造成的。
『答案』 (1) 像的位置; (2) 大小; (3) 虚; (4) 测量距离时有误差。
『点评』
考点:考查探究平面镜成像的实验。
主要考查:考查平面镜成像实验中像的位置怎样确定、器材选择和操作的目的、像的性质和特点。
解题关键:熟练掌握平面镜的成像性质和特点, 知道怎样确定像的位置, 知道器材的选择及目的作用。
考点4:平面镜的应用
例题 (2013·江苏南京) :下列事例属于平面镜成像应用的是 () 。
『解析』A.照相机镜头前假装滤色镜, 会吸收或反射其他的色光, 不是平面镜的应用;B.过强的紫外线能伤害人的眼睛和皮肤。电焊弧光中有强烈的紫外线, 因此电焊工工作时必须穿好工作服, 并戴上防护罩;C.由于平面镜所成的像与物大小相同, 所以舞蹈演员用镜子观察自己的姿势;D.近视眼的晶状体较厚, 会聚能力较强, 看远处的物体时, 将像成在视网膜的前面, 须戴凹透镜矫正。远视眼的晶状体较薄, 会聚能力较弱, 看近处的物体时, 将像成在视网膜的后面, 须戴凸透镜矫正, 不属于平面镜的应用。
『答案』C。
『点评』
考点:平面镜成像的特点;。
主要考查:综合考查了平面镜成像的特点、紫外线的作用、近视眼的成因和纠正方法。
解题关键:知道平面镜像物的特点及应用, 知道紫外线的作用、近视眼的成因和纠正方法。此题与实际生活联系密切, 体现了生活处处是物理的理念。
三维光学实验仿真 篇7
但是, 在光学实验中, 实验的环境对实验效果影响巨大, 要想得到理想的实验效果, 必须具备良好的实验条件, 导致教学中很难将实验应用的理论教学中去, 所以借助于计算机将光学实验进行仿真成为一条有效的可行路线。
利用origin软件对光学实验进行仿真, 可以避免复杂的程序撰写, 非常适用于没有编程基础的初学者, 也能够得到效果明显的实验结果应用到实际的理论教学中。
一、Origin仿真结果
(一) 多缝夫琅禾费衍射
强度公式:根据惠更斯-菲涅尔原理, 多缝夫琅禾费衍射的光强公式[1]为:
实验仿真结果:
由式 (1) 可得接受屏上x (设OP=x) 处与该点相对光强的函数关系为:
设N=6, b=4×10-6m, d=6×10-6m, f=65×10-3m, I0=1, λ=650nm。矩阵维数设定 (500, 500) , x、y的取值范围为 (-0.03m, 0.03m) , 依据光强分布公式得出矩阵元的值如下: (sin ( (pi*4e-6/650e-9) *x/sqrt (x^2+6.5e-2^2) ) / ( (pi*4e-6/650e-9) *x/sqrt (x^2+6.5e-2^2) ) ) ^2* ( (sin ( (6*pi*6e-6/650e-9) *x/sqrt (x^2+6.5e-2^2) ) ) ^2/ (sin ( (pi*6e-6/650e-9) *x/sqrt (x^2+6.5e-2^2) ) ) ^2) 可得到图1所示的二维仿真图, 图2所示的三维仿真图。
(二) 夫琅禾费多缝干涉
强度公式:在多缝夫琅禾费衍射中, 如果不考虑单缝衍射效应, 多缝干涉的强度与相位差的关系为:
其中, δ= (2πdsinθ) /λ。
令v= (πdsinθ) /λ, 式 (3) 可表示为:
取N=4, I0=1, d=5×10-6m, f=65×10-3m, λ=589nm, 矩阵维数设定为 (500, 500) , x、y坐标范围设定为 (-0.02m, 0.02m) , 矩阵元的值设定为sin ( (4*pi*0.5e-5/589e-9) *x/sqrt (x^2+6.5e-2^2) ) ) ^2/ (sin ( (pi*0.5e-5/589e-9) *x/sqrt (x^2+6.5e-2^2) ) ) ^2, 可得到多缝干涉的二维及三维仿真图像如图3和图4。
(三) 夫琅禾费圆孔衍射
强度公式:夫琅禾费圆孔衍射中, R为圆孔半径, θ为衍射角, f为凸透镜焦距。
圆孔衍射在屏上任一点的光强为:
实验仿真:
令衍射图样中心P0处光强I0=1, 可知接受屏上P处相对光强与x的函数关系为:
设R=0.00003m, f=1m, λ=632.8nm, 调用一阶贝塞尔函数, 依据光强分布公式对矩阵元的值进行设定:
4* (j1 ( (2*pi*0.00003/632.8e-9) * (sqrt (x^2+y^2) /sqrt (x^2+y^2+1^2) ) ) / ( (2*pi*0.00003/632.8e-9) * (sqrt (x^2+y^2) /sqrt (x^2+y^2+1^2) ) ) ) ^2) , 可以分别得到图5所示的二维衍射仿真图和图6所示的三维衍射仿真图。
(四) 夫琅禾费矩形孔衍射
光强公式:夫琅禾费距孔衍射中, a、b分别表示x、y方向上距孔的边长, 矩形孔衍射公式[2]为:
实验仿真:
设λ=400nm, a=0.004nm, b=0.004mm, 焦距f=60mm, x、y坐标范围设定为 (-0.2m, 0.2m) , 矩阵维数设定为 (500, 500) , 在矩阵值窗口根据 (7) 式输入: ( (sin ( (pi*4e-6*x) / (4e-7*sqrt (x^2+0.6^2) ) ) ) ^2/ ( (pi*4e-6*x) / (4e-7*sqrt (x^2+0.6^2) ) ) ^2) * ( (sin ( (pi*4e-6*y) / (4e-7*sqrt (y^2+0.6^2) ) ) ) ^2/ ( (pi*4e-6*y) / (4e-7*sqrt (y^2+0.6^2) ) ) ^2) , 得到图7的二维衍射图, 图8的三维衍射图。
二、小结
通过上述图像可以得到, origin软件可以从容地得到相关的仿真结果, 并且其所得到的图像细致逼真, 界面也相当清晰, 对于实验的分析探究相当有利, 可以简单形象的看懂那些抽象难懂的光学理论。
摘要：以光的夫琅禾费多缝衍射、多缝干涉、夫琅禾费圆孔、矩形孔衍射、牛顿环实验以及迈克耳孙干涉实验为例, 利用origin软件实现光学实验三维仿真。找出实验的光强公式, 并进行参数设定, 从而得到origin软件所需要的矩阵元的值, 就可得一个光强的数据矩阵, 进一步可得到仿真图。得到的仿真图简单明了, 有利于观察, 为光学探究提供方便。
关键词：光学,实验仿真,origin
参考文献
[1]赵建林.光学[M].北京:高等教育出版社, 2006:P4.
门镜功能及光学原理 篇8
1.门镜的基本构造
门镜是由一个共轴的凹透镜和一个凸透镜组成的, 相对门外物体而言, 物镜是凹透镜, 目镜是凸透镜, 物镜的焦距较短, 目镜的焦距较长, 且目镜的焦距大于物镜与目镜的距离 (门镜的长度) 和目镜的焦距之和。
2.门镜的功能
人在室外眼睛靠近门镜看不清室内的物体, 人在室内眼睛靠近门镜能看清室外的物体。
二、门镜功能的光学原理
1.室内物体通过门镜成像的光学原理
一种常见门镜的凹透镜焦距为1.0 cm, 凸透镜焦距为3.5 cm, 两透镜之间的距离为2.1 cm, 且设室内物体离门镜距离为100 cm。现以上述数据为例来分析门镜具有的功能。
人眼能否看清一个物体 (或一个物体所成的像) 取决于两个因素:一是该物体 (或像) 是否在人眼的明视距离附近;二是有没有足够的光进入人眼。
通过门镜在室外看室内物体AB的光路, 如图1所示。室内物体AB (物体AB离L2较远图中未画出) 通过凸透镜L2所成的像是A2B2。
根据空气中薄透镜物像公式的高斯公式
将A2B2作L1为的虚物最终成像于A1B1, 同理, 据高斯公式
将s1=- (3.63-2.1) =-1.53 cm, f′1=1.0 cm代入 (2) 式可得:
由上述计算可知, s′1>0 且光线经过L1后是发散的, 故室内景物AB最终成像于L1的光心O1右侧, 且为一正立缩小的虚像。如果室内物体到门的距离超过100 cm, 则s′1将更小。如果人眼靠近L1观察, 此距离 (s′1=+2.89 cm) 比明视距离要小得太多, 人眼是无法看清的, 如果人眼退离L1观察, 则室内物体的成像光线进入眼睛太少, 而且视角也很小, 同样无法看清。
2.室外物体通过门镜成像的光学原理
通过门镜在室内看室外物体AB的光路, 如图2所示。假设物体AB距离L1仍为100 cm。
室外物体AB通过凹透镜L1所成的像是A1B1。
同理, 根据空气中薄透镜物像公式的高斯公式
将s1=-100 cm, f′1=-1.0 cm代入 (3) 式可得:
将A1B1作为L2的虚物最终成像于A2B2, 同理据高斯公式
将s2=- (0.99+2.1) =-3.09 cm, f′2=3.5 cm代入 (4) 可得:
由上述计算可知, s′1<0且光线经过L2后是发散的, 故室外景物AB最终所成的像A2B2是一正立缩小的虚像, 位于L1的光心O1左侧26.38 cm处, 此距离在人眼的明视距离附近, 故人眼完全可以靠近L2看清室外物体。
参考文献
[1]张志鸣, 沈元华, 陈惠芬.光学[M].北京:高等教育出版社, 2004, 48-50.
[2]游璞, 于国萍.光学[M].北京:高等教育出版社, 2004, 14-18.
医用光学影像设备 篇9
1 电子阴道镜
1.1 原理:
传统阴道镜是人眼通过高倍放大的光学双目镜直接观察生殖道内病变的目标物体。随着光电技术、摄影技术和计算机应用的不断发展,电子阴道镜取代了简单的双目放大镜,它通过电子数字成像系统采集输出,在彩色监视器或显示器上观察目标物体图像。
1.2 组成:
电子阴道镜由采集电路(含光源、CCD摄像头及控制板)、成像系统(计算机、显示器、打印机、控制电路)及应用软件组成。结构如图1所示。
1.3 性能要求:
目前,电子阴道镜还未有正式的国家/行业标准颁布。注册检验时,一般由企业提供医疗器械注册产品标准,其主要性能指标包含以下几点:
(1)景深
在观察和采集图像时,调节光学镜头,使距离镜头一定距离的景物清晰成像的过程,叫做对焦。景物所在的点,称为对焦点。对焦点前面与后面一定范围内,清晰成像距离叫做景深。也就是只要在这个范围之内的景物,都能清楚地拍摄到。
景深的大小与镜头焦距和光圈有关。焦距长景深小,焦距短的景深大;光圈越小(数值越大,例如f16的光圈比f11的光圈小),景深就越大;光圈越大(数值越小,例如f2.8的光圈大于f5.6)景深就越小,如图2所示。
(2)图像分辨率
分辨率是衡量成像清晰度的重要指标。分辨率越高,图像越清晰。
(3)色彩还原能力
就是再现色彩的能力,用来衡量镜头的成像能力与肉眼看被摄物体颜色、质感等接近的程度。
(4)几何失真度
摄像机镜头前的电视棋盘格测试卡上的标准图象与输出图象之间的几何误差称为几何失真度。它是因采集系统和镜头的几何畸变引起的成像系统的图象误差。
1.4 检验方法
(1)景深试验方法
将目标距离调至标准工作距离,例如300mm,在显示器上的图像观察窗口观察,触发放大倍数显示功能,调整放大倍数至最大,经聚焦,图像清晰后,移动参考体,测量前后位置图像清晰的范围;再调整放大倍数至最小,经聚焦,图像清晰后,移动参考体,测量前后位置图像清晰的范围。
(2)图像分辨率、色彩还原能力、几何失真度的试验方法
测试连接如图3。将测试图放置在灯箱上,调节摄像头的光圈和焦距,使测试图像充满整个显示屏幕。当图像的中心位置上能清楚显示电视综合测试图的条纹时,读取其分辨率值;色彩还原能力检测,即观看成像的色彩与彩条测试图色彩的差别;几何失真度测试时,观看棋盘格测试图成像的结果是否为正方形,是否产生形变。
2 红外乳腺检查仪
2.1 原理:
近红外光具有对人体组织较强的穿透力,血红蛋白对红外光有较强的吸收性,在正常乳腺中脂肪组织是高透光的,而纤维组织是低透光的,肿瘤透光度很低或根本不透光。故当近红外光穿透人体软组织时,根据透光程度来分辨组织不同成分,并在屏幕上显示不同灰阶度和血管阴影,根据血管和灰阶度的交叉作为评定病变性质的依据。红外乳腺检查仪主要用于检查乳腺的各种疾病,它利用波长0.8~1.5μm的红外光透照乳房,由具有红外传感光能力的CCD摄象机摄取图象,并经计算机处理后成像在屏幕上。
2.2 组成:
红外乳腺检查仪由CCD、探头和主机组成,详见图4。
2.3 性能指标:
YY0324-2008《红外乳腺检查仪》中主要性能指标有波长范围、光输出功率和图像分辨率。
波长范围可以用单色仪测量,光输出功率用光功率计测量,这两项指标在各医疗器械检验机构已经有比较成熟的检验方法。
3 光子嫩肤仪
3.1 原理:
根据光谱(560nm~1200nm)强脉冲光子的光学特性,特定波长的强脉冲光能量可穿过表皮,并且不同波长的强脉冲光对组织的作用具有选择性,从而产生不同的光生化、热解反应。短波段选择性作用于皮下的色素或血管,使其分解吸收;长波段刺激胶原纤维和弹性纤维,使胶原组织增厚,皮肤弹性增强。例如皮肤中黑色素对250nm~1200nm波长的光吸收明显。光子嫩肤仪就是利用高能量、特定宽光谱的光能量对皮肤进行照射达到美容的目的。
3.2 组成:
光子嫩肤仪由机箱、屏幕控制器、光治疗头三部分组成,如图5。
3.3 性能指标:
光子嫩肤仪未有正式的国家/行业标准颁布。企业制订的医疗器械注册产品标准主要包含光谱范围、脉冲强度、脉冲宽度以及间隔时间等性能指标。脉冲强度、宽度和间隔时间可以通过一个光电转换电路,用示波器采集电信号后测量。
摘要：本篇主要从原理、组成、性能指标等方面,对电子阴道镜、红外乳腺检查仪、光子嫩肤仪类医用光学影像设备进行介绍。
关键词：原理,性能,景深,分辨率
参考文献
[1]GB/T3175.3-1987透射式彩条测试图
[2]GB/T6996.1-1986透射式电视综合测试图
[3]GB/T6996.6-1986透射式电视棋盘格测试图
[4]GB/T7401-1987彩色电视图像质量主观评价方法
光学薄膜及其应用研究 篇10
【关键词】光学薄膜 制备 应用
1光学薄膜的制备技术
1.1物理气相学沉积（PVD）
1）热蒸发
光学薄膜器件主要采用真空环境下的热蒸发方法制造，此方法简单、经济、操作方便。尽管光学薄膜制备技术得到长足发展，但是真空热蒸发依然是最主要的沉积手段，当然热蒸发技术本身也随着科学技术的发展与时俱进。
2）溅射
溅射指用高速正离子轰击膜料（靶）表面，通过动量传递，使其分子或原子获得足够的动能面从靶表而逸出（溅射），在被镀件表面凝聚成膜。其膜层附着力强，纯度高，可同时溅射多种不同成分的合金膜或化合物。
3）离子镀
离子镀兼有热蒸发的高成膜速率和溅射高能离子轰击获得致密膜层的双优效果，离子镀膜层附着力强、致密，离子镀常见类型：蒸发源和离化方式。
4）离子辅助镀
在热蒸发镀膜技术中增设离子发生器——离子源，产生离子束，在热蒸发进行的同时，用离子束轰击正在生长的膜层，形成致密均匀结构（聚集密度接近于1），使膜层的稳定性提光学薄膜制备技术高，达到改善膜层光学和机械性能。
离子辅助镀技术与离子镀技术相比，薄膜的光学性能更佳，膜层的吸收减少，波长漂移极小，牢固度好，该技术适合室温基底和二氧化钛等高熔点氧化物薄膜的镀制，也适合变密度薄膜、优质分光镜和高性能滤光片的镀制四。
1.2化学气相沉积（CVD）
化学气相沉积（CVD）一般需要较高的沉积温度，而且在薄膜制备前需要特定的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径来生成固态薄膜的技术，CVD技术制备薄膜的沉积速率一般较高。但在薄膜制备过程中也会产生可燃、有毒等一些副产物。
1.3化学液相沉积（CLD）
化学液相沉积（CLD）工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜，还造成废水、废气污染的问题。
2光学薄膜的应用
2.1应用于照明设备
利用光学薄膜的干涉特性，选择性地吸收，反射或透射照明光源中的红外辐射能量，己成为近年热性能光学控制薄膜的一个重要应用领域。其中对可见光具有很高透过率的红外高反射薄膜，用于白炽灯、卤素灯、低压钠灯等照明光源上，既可提高能量利用率，又能改变光源光谱的能量分布，满足特定照明的需求。红外高反射薄膜中用途较广的是金属-介质复合膜和全介质多层干涉膜。
采用氧化锡膜系结构的金属价质复合膜，用热蒸发方法镀制于白炽灯玻壳内表而，可使白炽灯的相对光谱能量分布中红外辐射能量近乎为零，而可见光的光谱能量却较未镀膜时有所增加，使相同功率的镀膜白炽灯输出光通量较普通灯泡变大，起到了一定的节能作用。
但是，金属——介质复合膜的热稳定性和化学稳定性较差，而且其光学特性也不够理想，因此，目前用于高温照明光源的薄膜大多选用全介质膜系结构。据称，采用二氧化钛等多层全介质干涉膜系、镀制在卤素灯的真空玻璃灯管外壁，节能已达到15%——40%，而且这类膜系属于硬膜，除了具有很好的热稳定性和化学稳定性外，还有良好的机械特性。其中适用于高功率卤素灯（常用于复印机曝光灯）和钠灯等光源的较理想是多层介质膜。该薄膜的光学特性基本上不受温度影响，具有良好的耐热性。
2.2应用于光纤通信
光纤系统也像电子线路系统一样，需要许多无源器件来实现光纤光路的连接，分路，合路，交换，隔离以及控制或改变光信号的传播特性。光学薄膜在其中一些仪器中起着十分重要的作用。在透镜扩束式连接器中，透镜表而需要镀制减反射膜，消除菲涅尔反射的影响。在光纤定向藕合器中，部分反射介质膜镀制在两透镜的结合而上。这种微光元件组成的定向藕合器，结构紧凑、简单，插入损耗较低（<1dB），对膜的功率分配不敏感，因此得到很多应用。部分介质反射膜也可以镀制在直角棱镜斜而上，构成一种T形藕合器。另有一种光波分复用器（WDM），属于波长选择性藕合器，是用来合成不同波长的光信号或者分离不同波长的光信号的无源器件。WDM可用各种方法设计制造，其中干涉滤波器型WDM器件的主要特點是信道带宽平坦，插入损耗低，结构尺寸小，性能稳定。它是利用多层介质膜作为滤波器，具体结构有两类：一类为干涉滤波器，另一类为吸收滤波器。两者都可用介质薄膜构成。WDM膜系一般采用1/4波长的厚度，只在两边利用不规则的厚度。采用1/4波长厚度膜系的监控方法简单，极值法具有自动补偿单层膜监控误差。膜系一般采用多个F-P腔的形式，镀膜的材料采用常用的材料二氧化钛。
目前光通信系统中实用的有源器件是掺铒光纤放大器（EDFA）。采用光学镀膜滤光片是常用的一种改善EDFA的增益平坦的手段，另外在EDFA后，探测器前放置一块窄带滤光片可以减少噪声的影响。
2.3应用于农业生产设施
有一种遮阳节能帘膜在农业上用于种植大棚，其功能主要体现在：当夏天气温过高时，反射太阳光，阻挡红外辐射，使棚内温度不至升得太高，起遮阳降温的作用；当冬天气温过低时，反射地表热辐射，使棚内温度不至降得过低，起到保温节能的作用。我国从1997年起开始自行研制新型遮阳节能帘膜，经过反复试验，终于获得成功。新型遮阳节能帘膜系采用在高分子基质材料上真空镀铝膜而制成的。因为铝镀膜层对塑料的附着力强，富有金属光泽；而且铝在所要求的波长范围内反射率较高，厚度40nm的铝镀膜层的反射率达到90%，所以其保温节能性能、耐气候老化性能、耐腐蚀性能、传热性能等都达到了国际水平，有的性能甚至超过了一些发达国家同类产品。另外，高纯度的铝价格比较便宜，这是其他镀膜材料所不及的。目前我国己能稳定地、大规模地生产新型遮阳节能帘膜，且性能价格比优于国际同类产品。
结语
三维光学存储新技术 篇11
法国昂热大学的卡拉曼利斯·伊利奥普洛斯和同事设计出了一种新的非线性光学 (NLO) 香豆素类聚合物。在不同波长光的照射下, 这种聚合物能可转化为二聚物 (由两个相同的小分子组成的大分子, 可能具有单一小分子没有的性质或功能) 。波长大于300纳米的光波会产生二聚物;而波长小于280纳米的光波则会将二聚物分离成两个独立的分子。由于每类分子都带电, 并且分子结构也不相同, 因此, 使用光学方法控制这个可逆转过程便可对数据进行写入、读出、删除、修改等操作。
研究人员表示, 该系统旨在实现几种功能。首先, 高密度的数据存储;其次, 数据能够修改;第三, 只能由非线性技术来解决, 线性技术不能检测到写入的数据。
为了证明用这种方式记录数据的可能性, 科学家让一种波长为700纳米的激光照射在一个香豆素类聚合物上, 使香豆素分子之间发生光二聚酌反应, 从而将香豆素聚合物变为二聚物。实验证明, 通过控制光照, 可以记录下线条和点。
被记录下的数据能够通过SHG辅助成像技术进行读取。在读取数据的过程中, 因为SHG产生的紫外线没有被该香豆素聚合物分子吸收, 科学家没有观察到已经记录下的数据点丢失的情况, 这也避免了未来的化学反应删除信息的可能性。最后, 科学家证明, 数据能够在同样的区域被擦除和重写。为了擦除数据, 写有数据的二聚物被暴露在波长小于280纳米的紫外线下, 便可将二聚物变回其原始的形式。使用SHG成像确保数据被删除后, 科学家使用波长更长的激光, 重复了写数据的过程。