工程光第七章

工程光第七章1第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月波長為380~780nm范圍內(nèi)的電磁波稱為“可見光”研究電磁波輻射的測試、計量和計算的學科稱為“輻射度學”研究可見光的測試、計量和計算稱為“光度學”2第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的光學特性1、眼睛的結構——成像光學系統(tǒng)

人眼本身相當于攝影光學系統(tǒng)3第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的構造剖視圖鞏膜*鞏膜是眼球的第一層保護膜，白色、不透明、堅硬；角膜*角膜是鞏膜的最前端部分，無色而透明，折射率為1.3771；眼睛內(nèi)的折射主要發(fā)生在角膜上；脈絡膜*脈絡膜是眼球的第二層膜，黑色，吸收透過視網(wǎng)膜的光線。上面有供給眼睛營養(yǎng)的網(wǎng)狀微血管；4第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的構造剖視圖鞏膜角膜脈絡膜虹膜*虹膜是脈絡膜的最前端部分，含有色素細胞，決定眼的顏色；瞳孔*瞳孔是虹膜中間的小孔，隨著外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直徑在2~8mm范圍內(nèi)變化；它是人眼的孔徑光闌。5第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的構造剖視圖鞏膜角膜細胞，錐狀細胞直徑約5微米，長約35微米；桿狀細胞直徑約2微米脈絡膜，長約60微米。它們在網(wǎng)膜上的分布式不均勻的。在黃斑中心凹處虹膜瞳孔視網(wǎng)膜*視網(wǎng)膜是眼球的第三層膜，上面布滿著感光元素，即錐狀細胞和桿狀是錐狀細胞的密集區(qū)而沒有桿狀細胞，由中心向外，逐漸相對變化；黃斑6第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的構造剖視圖鞏膜角膜

光脈絡膜盲斑是網(wǎng)膜上沒有感光元素的地方，不能引起光刺激。虹膜瞳孔視網(wǎng)膜黃斑是人眼視覺最靈敏的地方。視神經(jīng)細胞晶狀體在虹膜后面，是由兩個不同曲率的面組成的透明體，黃斑神經(jīng)纖維盲點大腦盲點晶狀體7第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的構造剖視圖鞏膜角膜率都是不均勻的，由里層到外層逐漸減少，有利于提高脈絡膜成像質量。晶狀體的平均折射率為1.40，其周圍是睫狀肌虹膜瞳孔視網(wǎng)膜似雙凸透鏡，是眼睛光學系統(tǒng)的成像元件，其密度和折射

能改變晶狀體的表面曲率，使人眼在看遠近不同的物體時，總能將像成在視網(wǎng)膜上。黃斑中心凹

盲斑晶狀體8第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的構造剖視圖鞏膜角膜角膜和晶狀體之間的空間稱為前室；充滿1.3374的水狀液；脈絡膜

晶狀體和網(wǎng)膜所包圍的空間稱為后室;充滿1.336的玻狀體虹膜瞳孔視網(wǎng)膜

黃斑中心凹

盲斑晶狀體前室后室9第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月10第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月可見光光的輻射能中能引起人眼的視覺效應的區(qū)域。

這個區(qū)域從380納米到780納米。人眼觀察輻射體時，其視覺強弱與輻射波長和輻射強度（某一方向）有關在可見光中不同波長的光所引起的視覺效應的靈敏度是不相同的在光度學中，為了表示這種差別，定義V(λ)為“視敏函數(shù)”（光譜光效率函數(shù)）。2視敏函數(shù)與顏色視覺11第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月視見函數(shù)把人眼對黃光的視覺靈敏度作為基準，其它色光的視覺靈敏度與黃光的視覺靈敏度相比，得出各種色光的相對視覺靈敏度，稱為視見函數(shù)，用V(λ)表示。把人眼最靈敏波長（λ=555nm）的視見函數(shù)規(guī)定為1，即V(555)=1V(λ)≤1不同人在不同觀察條件下的視覺函數(shù)略有差別視見函數(shù)12第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月13第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月/nmV()4004505005506006507000.00.20.40.60.81.014第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月顏色視覺15第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月顏色視覺16第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月顏色視覺顏

色

立

體17第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3、輻射度學通過電磁光譜來處理輻射能的測量。輻射度學主要研究頻率為3×1011～3×1016Hz的光輻射，對應于0.01~1000μm微米的波長。波段范圍包括紅外、可見光、紫外線。18第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月光度學與輻射度學類似，但它只處理人眼可感知的光，即可見光，波長范圍為380～780nm(納米)。波長450nm對應于藍色，540nm對應于綠色，659nm對應于紅色。19第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月立體角的定義：

一個任意形狀的封閉錐面所包含的空間稱為立體角，用Ω表示。立體角的意義和它在光度學中的應用Ω20第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月立體角定義圖21第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月以錐體頂點為球心，任意r為半徑作一球面，此錐體在球面上的截面為S，則立體角表示為22第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

立體角單位：以錐頂為球心，以r為半徑作一圓球，若錐面在原球上所截出的面積等于r2，則該立體角為一個“球面度”（sr）。整個球面的面積為4πr2,對于整個空間有即整個空間等于4π球面度23第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月立體角是平面角向三維空間的推廣。在二維空間，2π角度覆蓋整個單位圓。在三維空間，4π的球面度立體角覆蓋整個單位球面。從一個球面上去處1球面度立體角的圓錐24第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射度學中的基本量一、輻射通量輻射通量的定義：單位時間內(nèi)輻射體所輻射的總能量，用Φe表示；其計量單位用功率單位瓦特。

表示了一個輻射體輻射的強弱輻射通量就是輻射體的輻射功率用輻射通量的光譜密集度來表示輻射體的輻射通量按波長分布的特性25第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、輻射強度輻射體在不同方向上的輻射特性用在給定方向上取立體角dΩ，在dΩ范圍內(nèi)的輻射通量為dΦe。把dΦe與dΩ之比稱為輻射體在該方向上的“輻射強度”，Ie表示26第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量輻射強度的單位為瓦每球面度（W/sr）。dΦedΩ均勻點光源

27第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月三、輻（射）出射度、輻（射）照度輻射強度不能表示輻射體表面不同位置的輻射特性表示輻射體表面上任意一點A處的輻射強弱：假定dS微面輻射出的輻射通量為dΦe，則A點的輻（射）出射度為Me稱為“輻（射）出射度”，單位為瓦每平方米（W/m2）AdΦedS28第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月如果某一物體表面被其它輻射體照射即為了表示A點被照射的強弱，假定物體所接受的輻射通量為dΦe，把dS接受的dΦe與dS之比稱為“輻（射）照度”，符號為Ee，即輻（射）照度與輻（射）出射度的單位一樣，也為瓦每平方米（W/m2）AdΦedS29第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月四、輻（射）亮度用輻（射）亮度來表示輻射體表面不同位置和不同方向上的輻射特性dS在AO垂直方向上的投影面積為dSnAdSNdΩOIeα30第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月若在AO方向上的輻射強度為Ie，把Ie與dSn之比稱為“輻（射）亮度”，符號為Le輻（射）亮度代表了輻射體不同位置和不同方向上的輻射特性。單位為瓦每球面度平方米（W/（sr.m2））。31第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月4光度學中的基本量

光通量:光通量

是描述客觀輻射通量所引起的人眼視覺強弱的物理量

.（由V(λ)折算）光通量的單位是流明（lm）一只40W白熾燈的全部輻射的光通量為500lm，而40W的熒光燈的全部輻射約為2300lm在某一波長λ附近，對于間隔為dλ的單色光而言。最大光視效能：683lm/W32第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月4光度學中的基本量

發(fā)光強度:光源在給定方向的立體角dΩ內(nèi)傳輸?shù)墓馔縟Φ與該立體角元之商。

發(fā)光強度的單位為坎（德拉）（cd）對于均勻點光源33第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1cd（坎德拉）代表發(fā)光體發(fā)出的電磁波頻率為540X1012Hz的單色輻射（波長為555nm），且在此方向上的輻射強度為（1/683）W/sr。1坎德拉等于光源在1個立體弧度內(nèi)產(chǎn)生1流明的光通量坎德拉是光度學中最基本的單位，也是國際基本計量單位之一。光通量dΦ的單位為流明（lm）1lm表示在某一方向上的發(fā)光強度為1cd的發(fā)光體在單位立體角內(nèi)的通光量，即34第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月光出射度和光照度用光出射度M來表示A點處的發(fā)光強弱指發(fā)光表面單位面積內(nèi)所發(fā)出的光通量，它與輻（射）出射度相對應當發(fā)光表面均勻發(fā)光時，其光出射度為反之，當某一表面被發(fā)光體照明，用光照度E來表示被照明表面A處的照明強弱在均勻照明情況下35第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月光照度表示被照明的表面單位面積上所接收的光通量。它與輻射度學中的輻（射）照度相對應。它們的單位為勒克斯（lx）。1lx等于1m2面積上發(fā)出或接收1lm的光能量，即：36第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月AdSNdΩOIα光亮度前面所講的概念并不能表示發(fā)光面不同方向的發(fā)光特性。用光亮度來表示發(fā)光表面不同位置和不同方向的發(fā)光特性。在該方向上單位投影面積的發(fā)光強度。37第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月L表示發(fā)光面上A點處在AO方向上的發(fā)光特性光亮度等于發(fā)光表面上某點周圍的微面在給定方向上的發(fā)光強度除以該微面在垂直于給定方向的投影面積光亮度L與輻射度學中的輻亮度相對應。光亮度的單位為坎（德拉）/米2（cd/m2）或尼特光亮度表示發(fā)光面上單位投影面積在單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量38第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月光度量與輻射度量的關系39第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月朗伯余弦定律40第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月余弦輻射體

余弦輻射體可能是白發(fā)光面，如絕對黑體、平面燈絲鎢燈等，也可能是透射成反射體受光照射經(jīng)透射或反射形成的余弦輻射體，稱做漫透射體和漫反射體；乳白玻璃是漫透射體。41第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月照度距離平方反比定律點光源在被照表面上形成的照度與被照面到光源距離的平方成反比。這就是照度平方反比定律。42第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月光能傳播定律光在同一介質中傳播，忽略散射及吸收，則在傳播中的任一截面上，光通量與亮度不變。光束的亮度就是光源的亮度。

元光管：兩個面積很小的截面構成的直紋曲面包圍的空間。

當光在元光管內(nèi)傳遞時，沒有能量的損失。即有：43第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月光學成像系統(tǒng)像面的光照度現(xiàn)在假設物體為余弦輻射體（L是定值），則物體發(fā)出的充滿入瞳的光通量可表示為：

一、軸上像點（小視場、大孔徑，例如：望遠鏡）

44第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月光學成像系統(tǒng)像面的光照度像面上的照度為：

45第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、軸外像點光照度（大視場系統(tǒng)）

隨著像方視場的增大／所分析的像點越來越遠離軸上像點，其軸外像點照度下降非常的快。

46第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月5、色度學基礎47第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月5、色度學基礎48第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月5、色度學基礎（1）人的視覺只能分辨顏色的三種變化:色調(diào)、明度、飽和度。（2）兩種色光組成的混合色光中，如果一個成份連續(xù)地變化，混合色光的顏色也連續(xù)變化。（3）引起人眼顏色感覺相同的光，不管它們的光譜組成是否一樣，在顏色混合中具有相同的效果。（4）混合色的總亮度等于組成混合色的各種顏色光的亮度總和。格拉斯曼定律49第49頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月色溫<3300K溫暖（帶紅的白色）穩(wěn)重、溫暖3000－5000K中間（白色）爽快>5000K清涼型（帶藍的白色）