工程光学第五章光度学和色度学基础

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《光度学与色度学》课件

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量和方向等属性。
03
光的相干性
相干光是指频率、振动方向和 相位都相同的光,具有干涉和
衍射等特性。
光度量基本概念
03
光照度
发光强度
光亮度
表示单位面积上接受到的光通量,单位为 勒克斯(Lux)。
表示光源在给定方向上的光强,单位为坎 德拉(Candela)。
表示单位面积上发出的光强,单位为尼特 (Nit)。
《光度学与色度学》PPT课 件
目录
• 光度学基础 • 色度学基础 • 光度测量与照明设计 • 色度测量与显示技术 • 光度学与色度学的应用
01
光度学基础
光的本质与特性
01
光的波动性
光是一种电磁波,具有振幅、 频率和相位等波动特性。
02
光的粒子性
光具有粒子特性,可以表现为 能量子的形式,具有能量、动
亮度计
测量物体表面的反射光亮度,常用于显 示屏幕亮度的测量。
照明设计基础
照明目的与需求
根据不同的使用场景和需 求,如阅读、工作、娱乐 等,选择合适的照明方式 和灯具。
照明质量
包括照度、均匀度、色温 、显色指数等参数,直接 影响照明效果和舒适度。
灯具选择
根据照明需求和场景,选 择合适的灯具类型和规格 ,如吊灯、壁灯、台灯等 。
照明设计案例分析
家庭照明设计
根据家庭成员的生活习惯和喜好,结合房间的功能和布局,进行合理的照明规 划和布置。
商业照明设计
根据商业场所的特点和需求,如商场、餐厅、办公室等,进行专业的照明设计 和布置,提高商业空间的品质和吸引力。
04
色度测量与显示技术
色度测量设备与技术
色度测量设备
色度计是用于测量物体颜色的仪器,其原理基于光谱光度测 量。常用的色度计类型包括光谱光度计和积分球光度计。

《光度学与色度学》课件

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光源的颜色混合:不同颜色的光源混合后,会产生新的颜色
光源的匹配:根据色度学原理,选择合适的光源进行匹配,以达到理想的照明效果
光源的色度学特性:光源的颜色、亮度、色温等特性,对色度学研究具有重要意义
光源的颜色混合与匹配的应用:在照明设计、摄影、电影制作等领域,光源的颜色混合与匹 配具有广泛的应用。
物体对光的反射与 吸收
光通量:表示光源发光能力的物理量 发光强度:表示光源在单位立体角内发出的光通量 照度:表示单位面积上接收到的光通量 亮度:表示单位面积上发出的光通量 色温:表示光源的颜色特性,单位为K(开尔文) 显色指数:表示光源对物体颜色的还原能力,数值越高,颜色还原越真

光度学基本概 念:光度学是 研究光的强度、 亮度和色度的
机遇:随着科技的 发展,光度学与色 度学在多个领域都 有广泛的应用前景
机遇:随着人们对生 活质量的要求不断提 高,光度学与色度学 在照明、显示等领域 的需求将持续增长
感谢您的观看
汇报人:
色度学基本概念
色相:颜色的基本属性,如红色、蓝色、绿色等 饱和度:颜色的纯度,即颜色的鲜艳程度 明度:颜色的亮度,即颜色的深浅程度
颜色混合:将两种或多种颜色 混合在一起,形成新的颜色
颜色匹配:将两种或多种颜色 混合在一起,形成新的颜色
颜色混合原理:根据光的叠加 原理,将不同颜色的光混合在
一起,形成新的颜色
科学
光度量之间的 关系:光度学 中,光度、亮 度和色度之间 存在一定的关

光度与亮度的 关系:光度是 光源发出的光 通量,亮度是 观察者接收到
的光通量
光度与色度的关 系:光度与色度 之间没有直接的 关系,但色度会 影响观察者对光
度的感知

应光习题库(第5章).doc

应光习题库(第5章).doc

应用光学试题第五章光度学和色度学基础一、填空题(建议每空1分)I级I级1空(建议每空1分)1、在国际单位制中,光学量的单位是__________ 。

发光强度2、朗伯辐射体又称为___________辐射体。

余弓玄3、点光源在某一方向在单位立体角内发出的光通量称为_______ 。

发光强度4、点周围全部立体角的大小为__________ o4兀5、单位受照面积所接收的光通量被称为光______ -照度6、光源投射到某方向上单位面积、单位立体角内的光通量称为发光______ o亮度7、光源每瓦功率发出的光通量,称为该光源的________ o发光效率8、若1 itf面积接收的光通量是31m,则该受照面积上的光照度值是___ 勒克斯。

39、正常人眼能承受的光亮度约为________ c d/m\1000010、正常情况下,读书时所需要的光照度大约为_______ 1X05011、在暗视觉的情况下,人眼最敏感的光的波长要比明视觉时要_______ O长12、在明视觉时,相同功率的蓝光与黄光,人会感觉_______ 的功率更大。

黄光13、透射光学材料主要分为三大类,即光学晶体、光学塑料和光学_______ 。

玻璃14、无色光学玻璃可以分为冕牌玻璃和______ -火石玻璃15>表达式v=(n D-l)/ ((nF-nc)描述的是光学玻璃在可见光波段的常数。

阿贝16、阿贝常数通常被用来表示光学材料的_______ 特性。

色散17、在表示可见光波段的F、D、C谱线中,用来校正单色光像差的谱线是光。

D18、通常情况下,冕牌玻璃的阿贝常数要____ (高/低)于火石玻璃的阿贝常数。

高19、朗伯辐射体是指在各方向的发光______ 相同的辐射体。

亮度20.平方反比定律表面,当用点光源垂直照明时,受光面的光照度与光源的发光强度成_______ O正比21、探照灯可以使沿轴线方向的发光______ 得以成千倍的增加,从而提高照明效果。

(工程光学教学课件)第5章光度学与色度学基础

(工程光学教学课件)第5章光度学与色度学基础
特定的光谱产生特定的视觉感受,但是特定的 视觉感受不一定只有一种光谱可以产生。因此, 试图用光谱来度量颜色是行不通的。
颜色的基本概念-混色
颜色的基本概念-混色
所谓混色,是将两种或者两种以上的彩色相混合,从 而产生新的彩色的过程。
混色有两种方法,一种是通过颜料的反射或吸色性质, 将两种不同颜色的颜料相混合,混合颜料将会具有新 的反射或吸色性质,从而得到新的颜色。这称为相减 混色。例如红色颜料,它因为反射白光中的红光而吸 收白光中的绿光和蓝光,故呈红色。而黄颜料则反射 白光中的红光和绿光而吸收白光中的蓝光,故呈黄色。 相减混色一般用于彩色印刷、印染、相纸行业等。 另一种混色方法是直接将不同彩色的光同时投射到人 眼,从而产生新的彩色感,这称为相加混色。
第五章 光度学与色度学基础
第一节 辐射量和光学量及其单位 第二节 光传播过程中光学量的变化规律 第三节 成像系统像面的光照度 第四节 颜色的分类及颜色的表现特征 第五节 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律 第六节 颜色匹配 第七节 色度学中的几个概念 第八节 颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值 第九节 CIE标准色度学系统 第十节 均匀颜色空间及色差公式
色调和饱和度又简称色度。
非彩色: 只有明度值的差别,而没有色调和饱和度, 只有灰度分级。 (灰度等级)
调色板:
基本颜色:8*6=48 基色:R、G、B,共10种,3R、3G、4B
(亮度不同、色调和饱和度相同)
如果要使得两个光源的色彩完全一致,是不是需 要两个光源的光谱分布完全一样呢?不是的。这是 人眼的又一个特性。即两个光谱分布完全不同的光 源有可能引起相同的色彩感,这称为人眼的“异谱 同色”效应。
色度学
色度学是本世纪发展起来的以物理光学、视觉生 理学和视觉心理学等学科领域为基础的综合性学科。 它超出了通常意义下的物理学范围,但又常常在物 理学中介绍它。在科学研究、生产和生活中有许多 现象往往和视觉联系在一起,这些现象是物理过程 和生理过程的一种混合。要完全理解这些现象,必 须研究视觉这个领域,特别是色的视觉,即色度 学所涉及的问题。

光度学基础和色度学简介

光度学基础和色度学简介

(9-22)
(9-23) (9-24)
n sin i n sin i n cosidi n cosidi
故而
n2 sin i cosi di n 2 sin i cosidi
(9-25) (9-26) (9-27)
由(9-18)、( 9-19)、(9-20)和(9-22)式得 2
d R L cos iddA L cos id
d1 L cos i1d1dA L1 R 1 d L cos iddA L
(9-20)
(9-21)
由能量守恒定律知 由图9-6知 又由折射定律知
d sin i di d d sin idid
d d d1 (1 R)d
IN
cosθ dA
sin U 1 ,则 时, LdA
2
(9-12)
θ

S
dΩ r
θ dA
dA
图 9-2 余弦辐射体发光 强度的空间分布
图 9-3 点光源在与之距离 为r处的表面上形成的照度
一.点光源在距离 r 处表面上形成的照度 一点光源在距 r 它处的面元上产生的照度为
E
设面元法线和 故
J
§9-1 辐射量和光度量及其单位
一、辐射量 1.辐射能:辐射体辐射出的能量。单位:焦耳()。 J 2.辐(射)通量:单位时间内通过某一面积的辐射能。单位: 焦耳/秒=瓦( J / S)。 3.辐(射)出射度:辐射体单位面积上发出的辐(射)通量。 2 单位: 焦耳/秒 米( J / S m2 )。 4.辐(射)照度:单位面积上接收的辐(射)通量。单 2 位: 焦耳/秒 米( J / S m2 ) 。 5.辐(射)强度:点辐射源或小面元在某一方向上单位立体角 焦耳/秒 球面度(J / S Sr ) 。 内发出的辐(射)通量。单位: 6.辐(射)亮度:辐射体某一面元上单位面积在空间某方向单 位立体角内辐射的辐(射)通量。单 位: 焦耳/秒 米2 球面度(J / S m2 Sr ) 。

《光度学和色度学》课件

《光度学和色度学》课件
光度学和色度学在照明工程中用于设计和优化 光源,提供更好的照明效果。
显示技术
Hale Waihona Puke 光度学和色度学在显示技术中帮助实现更准确、 更逼真的颜色显示。
原色视频技术
光度学和色度学在原色视频技术中提供准确的 颜色还原和显色能力。
人类视觉研究
光度学和色度学在人类视觉研究中帮助我们更 好地了解人类对光和颜色的感知。
光度学和色度学在研究中的挑战
述颜色的方式,常用的有RGB、
CMYK和Lab等。
3
CIE色度图和CIE色度系数
CIE色度图是用来表示不同颜色的图
形,CIE色度系数是用来描述颜色的
显色指数和颜色一致性
4
数值。
显色指数是衡量光源显示物体真实颜 色能力的指标,颜色一致性是颜色在
不同光源下显示一致性的能力。
光度学和色度学的应用
照明工程
《光度学和色度学》PPT 课件
这是一份关于光度学和色度学的PPT课件,将介绍这两个领域的定义、概述、 应用和挑战等内容。让我们一起探索光与色的奥秘吧!
什么是光度学
定义和概要
光度学研究光的特性和量度,包括光通量、 光照度等。
辐射度和辐射通量
辐射度是单位面积上的辐射功率,辐射通量 是某个角度范围内通过的辐射能量。
1 测量技术和标准化
准确测量光和颜色需要先进的仪器和标准化的方法。
2 颜色缺陷和色盲
颜色缺陷和色盲对光和颜色的感知造成一定影响,需要进一步研究。
3 多色彩的处理和应用
现实世界中存在各种复杂的多色彩情景,如何处理和应用这些色彩成为一个挑战。
总结
光度学和色度学的 概念
光度学和色度学研究了光和 颜色的特性和量度。

工程光学笔记总结

工程光学笔记总结

工程光学笔记总结一、几何光学基本定律与成像概念。

1. 直线传播定律。

- 光在均匀介质中沿直线传播。

例如小孔成像现象,就是光直线传播的体现。

- 应用:针孔相机的原理就是基于光的直线传播,光线通过小孔在成像面上形成倒立的实像。

2. 独立传播定律。

- 不同光线在空间相遇后互不干扰,各自沿原方向传播。

- 例如多束光在空间交叉时,每束光的传播路径不会因为其他光线的存在而改变。

3. 反射定律。

- 反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内;反射光线和入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角,即i = i'。

- 在平面镜成像中,像与物关于镜面对称,这是反射定律的重要应用。

4. 折射定律。

- n_1sinθ_1=n_2sinθ_2,其中n_1、n_2分别是两种介质的折射率,θ_1是入射角,θ_2是折射角。

- 全反射现象:当光线从光密介质射向光疏介质,且入射角大于临界角θ_c=arcsin(n_2)/(n_1)时,发生全反射。

光纤通信就是利用了全反射原理,光在光纤内部通过不断全反射来传输信号。

5. 成像概念。

- 物点发出的光线经光学系统后,重新会聚于一点(实像)或光线的反向延长线会聚于一点(虚像)。

- 像的大小、正倒、虚实等性质取决于光学系统的特性和物像之间的相对位置。

二、理想光学系统。

1. 基点和基面。

- 焦点(F,F'):平行于光轴的光线经光学系统后会聚(或其反向延长线会聚)的点。

- 主点(H,H'):物方主点和像方主点,通过主点的光线方向不变。

- 节点(N,N'):通过节点的光线,其出射光线与入射光线平行。

- 焦平面:过焦点且垂直于光轴的平面。

- 主平面:过主点且垂直于光轴的平面。

2. 成像公式。

- 高斯成像公式(1)/(l')+(1)/(l)=(1)/(f),其中l为物距,l'为像距,f为焦距。

- 牛顿成像公式xx' = f f',其中x为物点到物方焦点的距离,x'为像点到像方焦点的距离。

光度学,色度学基础知识

光度学,色度学基础知识

光度学基本知识
即得
I cosα I ' cosα ' + 2 R R '2 4 I = 60cd , cosα = ; I ' = 48cd 6 12 cosα ' = 122 + 62 − 42 E=
(
R = 6, R' = 122 + 62 − 42
(
)
)
最后得
60 × 4 48 × 12 E= + = 1.385lx 3 3 6 164
其中 :[C]——某一特定颜色 , 即被匹配的颜色 ; [R]、[G] 、[B]——红、绿、蓝三原色 ; r 、 g 、 b ——红、绿、蓝二原色的比例系数 , 以表示相对刺激量 ; ≡——表示匹配关系 , 即在视觉上颜色相同 , 而不是指能量或光谱成分相同
三原色系数相加等于 1, 即 r+g+b=1
饱和度= 单色光流明数/(单色光流明数+白光流明数)
明度 用它来标志颜色的明亮程度。用颜色的总流明数表示。 色调和饱和度合称色品,是颜色的色度学特征;亮度是颜色的光度学 特征。色调、饱和度和明度这三个感觉量一起决定了颜色的特征。
色度学基本知识
四、表色系统
表色系统可分为两大类。一类是以彩色的三个特性为依据 , 即按色 调、明度和饱和度来分类 ; 另一类是以三原色说为依据 , 即任一给定 的颜色可以用三种原色按一定比例混合而成。在此 , 简单介绍一下后 一类表色系统——三色分类系统。该系统是以进行光的等色实验结果 为依据、由三刺激表示的体系。用的最广泛的是 CIE 表色系统。 视觉器官对剌激具有特殊的综合能力 , 即无论受单一波长的单色光刺 激还是受一束包含各种波长的复合光剌激 , 眼睛都只产生一种颜色感 受。研究证明 , 光谱的全部颜色可用红、绿、蓝三种光谱波长的光按 不同比例混合而成。用不同比例的上述三种原色相加混合成一种颜 色 , 用颜色方程可表达为 [C]≡r[R]+g[G]+b[B]

工程光学第五章

工程光学第五章

最低照度:0.02 Lux (F1.2, 5600º K)
第五章
光度学和色度学基础
4. 像的亮度、主观亮度
光学系统成像的亮暗。
像的亮度不可能大于物的亮度。
主观亮度:由观察者判断的明亮程度。
第二节 光传播过程中光学量的变化规律 一、点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
d E dA
d Id
L1 L2
光在元光管内传播,亮度不变
四、光束经界面反射和折射后的亮度 设入射光的光亮度为L,由于在入射过程中,自 光源到入射面类似于元光管,故其亮度不变。
d L cos dAd
或:d L cos idAd 入射的光通量
反、折射的光通量:
d1 L1 cos i1dAd1
红外、紫外、 X-ray 、温度、压力、流场、资源分布、 人口分布……
第五章
光度学和色度学基础
第一节
光度学基本概念
1. 辐通量和光通量 辐通量:单位时间内通过某截面的所有波长的 总电磁辐射能量。(瓦:W ) e 辐射体发出各种波长成分,不同波长具有不同 的辐射本领。 人眼对不同波长的电磁辐射具有不同的响应灵 敏度。对555nm最敏感。引入视见函数 V ( )
I cos E r2
cos dA d r2
在被照面上,面的方位不同,其照度亦不同。 平方反比定律:同样大小的被照面,其照度值随它距点 光源的距离r的增加成反比例减小。
二、面光源在与之距离为r处被照面上的照度
d 面光源的亮度为: L cos 1dAs d
则: d L cos 1dAs d


红+绿=黄
红+蓝=紫
蓝+绿=青
红+蓝+绿=白
红=白-蓝-绿=黄+紫

工程光学第五章

工程光学第五章

光反射、介质对光的吸收、以及反射面对光的透射和吸收
等所造成的光能损失。常用光学系统的透射比



衡量光学系统中光能损失的大小。式中 为经入瞳进入 系统的光通量, 为由系统出瞳入射的光通量。
(一)光在两透明介质界面上的反射损失 光照射到两透明介质光滑界面上时,大部分光折射到
另一介质中,也有一小部分光反射回原介质,反射光没通 过界面,形成光能损失。
3、漫透射体与漫反射体。
余弦辐射体可能是自发光面,如绝对黑体、平面灯 丝钨灯等,也可能是透射或反射体。受光照射经透射或 反射形成的余弦辐射体,称做漫透射体和漫反射体。乳 白玻璃是漫透射体,其经光照射后透射光强度分布如图 5-8a所示;硫酸钡涂层表面是典型的漫反射面,其反射 光强度分布如图5-8b所示。
反射光通量与入射光通量之比称为反射比,通常以 表示。由光的电磁理论可以导出。


1 2
[
sin sin
2 2
(i (i

i') i')

tg 2 (i tg 2 (i

i')] i')
i i' 分别为入射击角和折射角。 与 i i' 有关
当光垂直入射或近似于垂直入射时 ( n n )
.
v
则光亮度为:
doe
N
Lv

dv
cosdAd

Iv
cosdA
d
dA
单位:cd/m2
亮度可理解为单位面积的发光强度
cos dA
图5-1 辐亮度定义中各量的示意图
表示有限尺寸的发光体发出的可见光在空间分布的情况.
三、辐射量与光学量之间的关系

工程光学-07光度学与色度学基础第五章

工程光学-07光度学与色度学基础第五章
dA 4πR 2 ω = 2 = 2 = 4π ( sr ) R R
2012-2-22
第七章 光度学基础
9
为了使公式具有普适性 ,利用球坐标的函数
形式来表示立体角。 dA AB ⋅ AD dω = 2 = R R2 AB = AO ⋅ di = R ⋅ di AD = AE ⋅ dϕ = AO ⋅ sin i ⋅ dϕ AD = R ⋅ sin i ⋅ dϕ
2012-2-22
λ2
λ2
λ2
λ1
λ1
第七章 光度学基础
λ1
7
光源的发光效率( η)
一个辐射体或光源所发出的总的光通量与总的辐射通量之比称为光源 的发光效率。
光源发出的总的光通量 η =
Φv Φe
总的辐射通量
光源的发光效率简称光效,它的单位为流明每瓦特(lm ⋅ W −1)。
为什么荧光灯比白炽灯省电?
第五章
光度学基础
光有能,对能的讨论本不 是几何光学的范畴,但要设计 仪器,又不能不了解一些起码 的问题,否则所设计的仪器可 能是无用的,因为不能传递足 够的能量。我们要求光学系统 传递的能量必须能够被光能接 收器所感知。入瞳出瞳就是限 制能量的。
§5.1 辐射通量和光通量 §5.2 发光强度、光照度, 光出射度和光亮度 §5.3 光度学中的基本定律 §5.4光学成像系统像面的光照度
2012-2-22
第七章 光度学基础
13
§5.2.4 光出射度
光出射度表示为:
描述面光源的发光特性
光源单位发光面积上发出的光通量定义为光源的光出射度,用M v 表示。
dΦ v Mv = dA
与光照度相比 较
光出射度的单位为勒克斯(lx, 1lx = 1lm ⋅ m −2 )。

工程光学第五章光度学与色度学

工程光学第五章光度学与色度学

N2 P1d1 P2d2 L
PdM N3 M
1, 2分别为冕牌玻璃和火石玻璃与空气所成界面
反射比;
P1, P2,L , PM 分别为M 种介质各自的透明率;
为反射面的反射比;
N1为冕牌玻璃个数; N2为火石玻璃个数;
d1, d2,L , dM为M 种介质的中心厚度.
20
§5-4 颜色的分类及匹配
光学系统中,常用反射面来改变光的进行方向,反射元 件对光的透射和吸收,使反射面的反射比ρ<1。
当入射光的光通量0,反射光的光通量1 0,则
光通量损失:1 1 0
镀银反射面 0.95;镀铝反射面 0.85;抛光良好 19
的棱镜全反射面 1.
④光学系统的总透射比
0
1 1
N1
1 2
18
光通量为Φ的光束通过厚度为dl的薄介质层,被介质吸 收的光通量dΦ与光通量Φ和介质厚度dl成正比,即:
d Kdl 0eKl 0 pl
p eK表示光通过单位厚度1cm介质层时,出射光通
量与入射光通量之比,为介质的透明率。
因此光通量损失为: 0 1 ekl 0
③反射面的光能损失
cos dAd
sr m2 )
六个辐射量,对所有的光辐射都适用,是纯物理量。
3
4
对可见光,常用光学量来度量
二、光学量
①光通量Φv:标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。 单位为流(明)lm。 ②光出射度Mv:光源单位发光面积发出的光通量,即:
Mv
dv dA
,单位流每平方米lm m2
.
③光照度Ev:单位受照面积接受的光通量,即:
Lv
dv
cos dAd
Iv ,单位坎每平方米(cd

最新光度学与色度学基础备课讲稿

最新光度学与色度学基础备课讲稿
光度学与色度学基础
提纲
一、视觉与光 1. 辐射波谱及光辐射 2. 眼睛的结构及视觉机理 3. 临界闪烁频率 4. 二、光度学 1. 光通量和发光强度 2. 照度及距离平方反比定律 3. 亮度及朗伯定律 4. 三、色度学 1. 颜色的基本特性及颜色混合 2. 色觉理论 3. 人眼对颜色的辨别能力和彩色视野 4. 色度图 5. 5. 色度学在彩色电视方面的应用
(2)暗视觉
在暗条件下,亮度约在百分之几cd/m2以下时,人眼的杆 体细胞起作用。
在暗视觉条件下,杆体细胞能感受微光的刺激,但不能分 辨颜色和细节。
Copyright © 2004 ROAM CONSULTING Inc.
光谱光视效率: 眼睛的灵敏度与波长的依赖关系,称为光谱光视效率。

V()峰值位置: 谱
▲内层为视网膜。
▲眼球内部主要有晶状体和 玻璃体。
整个眼球主要可分为屈光 系统和感光系统两个部分。
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(1)屈光系统
将不同远近的物体清晰地成像在 视网膜上。
①角膜。一种弹性透明组织。
②房水。提供角膜和晶状体等血 管组织的新陈代谢和维持眼内压。
紫外辐射 紫外辐射的波长范围是40010 nm。通常将其
分为三部分:近紫外、远紫外和极远紫外(真空紫外 辐射)。
红外辐射 红外辐射的波长范围位于0.761000m。通常
分为近红外、中红外和远红外。
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2. 眼睛的结构及视觉机理
红 色 760 620 nm, 橙 色 620 590nm, 黄 色 590 560 nm, 黄绿色 560 530nm, 绿 色 530 500 nm, 青 色 500 470nm, 蓝 色 470 430 nm, 紫 色 430 380nm。

工程光学基础第5章光度学和色度学基础

工程光学基础第5章光度学和色度学基础

D'
二. 轴外像点的光照度
出瞳 U'M
ω'
ω'
U'
M' 像面 A'
l'0
E' M

n' 2 n2
L sin 2
U'M
当U´M较小时,有
sinU ' M
tgU ' M

D' cos'
2 l'

D' cos2 '
2l'
sinU ' cos2 '
cos '
E' M

n' 2 n2
U’k
-U’zk
z’
l ’zk
l ’k
a. 轴上点远轴光线光路计算 sinI=(L-r)/sinU (当L1=∞时,U1=0,sinI1=h1/r1) sinI’=nsinI/n’ U’= U + I-I’ L’= r + rsinI’/sinU’ 过渡公式 Lk=L’k-1-dk-1
Uk=U’k-1 Nk=n’k-1
对于有k个折射面组成的光学系统,还存在逐次换面问题。
lk lk' 1 dk1 uk uk' 1 nk nk'
校对公式:h = l u = l ’ u’ 或者用
J = n’u’y’ = nuy
2.远轴光线的光路计算
入瞳
-U -Uz1
z
o1
-y1
-l z1 -l 1
出瞳
y’K
ok
580
V(λ )
0.00004 0.00012 0.0004 0.0012 0.0040 0.0116 0.023 0.038 0.060 0.091 0.139 0.208 0.323 0.503 0.710 0.862 0.954 0.995 0.995 0.952

5 光度学和色度学基础

5 光度学和色度学基础
观察场明暗:明视觉、暗视觉
(二) 光学量和辐射量间的关系
函数 V 实际上反映了人眼对不同波长的光的视感程度。
故,在 d范围内,
dV KmV e d (明视条件) 当 5550Å,V 1 时,Km 683lm /W ——光功当量
dV Km 'V ' e d (暗视条件)
1 r2
1 2
Байду номын сангаас
(假定L为常数)
三、单一介质元光管内光亮度的传递
元光管: 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间
d1 d2 元光管壁上无光溢出(无损失)
观察两截面 dA ,dA
上的光亮度
dA 1
1
2
d
N1
N2
1
d 1
d2 2
dA 2
L
1
r
2
cosdAd
d1
L1 cos1dA1d1
L1
cos1dA1
Lv
dv cos dAd
Iv
cos dA
元发光面dA的光亮度Lv 等于元面积dA在θ方向 的发光强度Iv与该面元 面积在垂直于该方向平 面上的投影cosθdA之 比。
常见发光表面的光亮度值见P76页表5-1
三、光学量和辐射量的关系
(一) 光谱光效率函数——视见函数
具有相同辐射通量e 而波长
不同的可见光对人眼的刺激程度 不同。换言之,人眼对不同波长 而辐通量相同的光的响应灵敏度 是波长的函数——表征这种响应 关系的函数称之为光谱光效率函 数(视见函数)。
K m ' =1755lm/W其意义同 Km 相同。 波长为5550A、V’(λ)=1单色光的绝对光谱光效率值
在整个可见光范围3800Å~7800Å内,总光通量为:
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余弦辐射体的光出射度为:
M L
dA
第三节 成像系统像面的光照度 一. 轴上像点的光照度
LdAsin2 U LdAsin2 U
设为透射比,则:
LdAsin2 U
dA dA
1
2
n sinU
nsinU
轴上像点的照度与孔径角 正弦的平方成正比,与线 放大率的平方成反比。
所以:
E
3. 反射面的光能损失
1 0 1 (1 )0 为反射比。
4. 光学系统的总透射比
(1
1)N(1 1
)N2
2
P1
d1
P2
d2
PMdM N3 0
0
(1
1)N(1 1
)N2
2
P1
d1
工程光学
第五章 光度学和色度学基础
辐射量和光学量及其单位 光传播过程中光学量的变化规律 成像系统像面的光照度 颜色的分类及其表现特征 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律 颜色匹配 色度学中的几个概念 颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值 CIE标准色度学系统 均匀颜色空间及色差公式
第一节 辐射量和光学量及其单位 辐射量:纯粹的物理量; 光学量:视觉感受来度量可见光。
根据反射定律可得:
反射光束的亮度等于 入射光束亮度与界面 反射比之积。
d1 L1
d
L
L1 L
同理:
d Lcos iddA d L cos iddA
d (1 )d (能量守恒)
根据上图可得: d sin idid d sin idid
根据折射定律可得: n2 n2
sin icos idid sin i cos idid
1. 光谱光效率函数
光学量和辐射量间的关系取决于人眼的视觉特性。 人眼对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数: 明视觉光谱光效率函数; 暗视觉光谱光效率函数。
2. 光学量和辐射量 间的关系 在很小的波长范围内:
明视觉条件下:
dv () KmV ()e ()d
暗视觉条件下:
dv () Km V ()e ()d
Ie
d e d
6. 幅亮度: 发光源的元面积在 方向的辐量度为
该辐射面在垂直于该方向的平面上的单位投影
面积在单位 立体角内发出的辐通量。
Le
d e
cosdAd
二. 光学量
与辐射量相对应,有以下的光学量(下标V) 1.光通量,单位流明;对人眼刺激程度,(辐通量 2.光出射度;(辐出度) 3.光照度;(辐照度) 4.发光强度;(辐强度) 5.光亮度。(辐亮度)
发光强度的单位为坎德拉,是国际单位制七个 基本量之一,规定为:一个光源发出频率为 540*1012Hz的单色光,在一定方向的辐射强度 为:1/683W/sr, 则该方向上的发光强度为1坎。
二. 光学量
发光强度为1坎的匀强点光源,在单位立体角内 发出的光通量为1流明(lm)。
三. 光学量和辐射量间的关系
I N cos dA cos
IN dA
常数
余弦辐射体可能是发光面,也可能是投射或反射体
乳白玻璃
漫反射面
余弦辐射体向平面孔径角为U的立体角范围内 发出的光通量:
2 U
LdA
sin cosdd
0 0
LdAsin2 U
当U / 2时, LdA
(余弦辐射体向2立体角空间发出的总光通量)
一. 辐射量
1.辐射能: 反射、传输、接收的能量,单位焦耳。 (Qe)
2. 辐通量:单位时间内的辐射能,单位瓦特。
e
dQe dt
3. 辐出度:辐射源单位发射面积发出的辐通量。
Me
d e dA
4. 辐照度:辐射照射面单位受照面积上接收的辐
通量。
Ee
d e dA
5. 辐强度:点辐射源在单位立体角发出的辐通量。
点光源在被照表面形成的照度与被照面到 光源距离的平方成反比—照度平方反比定律。
二. 面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
E
d dA
LdAs
cos1
r2
cos2
三. 单一介质元光管内光亮度的传递
两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间 就是一个元光管。 光在元光管传播,无光能损失。
d1
L1
cos1dA1d1
所以:
L
(1
)
L
n2 n2
折射光束的亮度与界面的反射比和界面两边介质 的折射率有关。 如果界面反射损失可以忽略,则:
L n2
L n2
光束经理想折射,光亮度也会产生变化。
五. 余弦辐射体 发光强度空间分布可用 下式表示的发光表面:
I I N cos
余弦辐射体在各方向的 光亮度相同:
L
I
dA cos
反射光造成光能损失,在像面上形成杂散光, 降低了像的对比度。 降低反射损失的方法是在玻璃元件的表面镀 增透膜。
2. 介质吸收造成的光能损失 光通过厚度为l的介质后的光通量为:
0ekl 设介质的透明率为:P ekl
则: 0Pl 光通量损失: (1 Pl)0
光束通过多元件系统后的光通量:
0 P1d1 P2d2
L1
cos1dA1
dA2
cos2
r2
同理:
d 2
L2
cos2dA2
dA1 cos1
r2
d1 d2 L1 L2
所以,光在元光管内传播,各截面上的光亮度相同
四. 光束经截面反射和折射后的亮度
入射光通量:
d L cos iddA 反射和折射光通量:
d1 L1 cos i1d1dA d Lcos iddA
1
2
L sin2 U
n2 n2
L sin2 U
二. 轴外像点的光照度
EM
n2 n2
L
sin
2
U
M
当U M 很小时
EM
n2 n2Lຫໍສະໝຸດ sin2U
cos4
E0 cos4
E0为像面轴上点的光照度。
轴外像点的光照度随视场角的增大而降低。
三. 光通过光学系统时的能量损失 透明介质折射界面的光反射、介质对光的吸收、 反射面对光的透射和吸收都会造成光能损失。
1. 光在两透明介质界面上的反射损失
1 2
sin2 (i
sin
2
(i
i) i)
tan2 (i tan2 (i
i)
i)
: 反射比,即反射光通量和入射光通量的比值。
1. 光在两透明介质界面上的反射损失
当光垂直或以很小的入射角入射时,
( n n)2
n n
这种情况下,反射比只与两边介质的折射率有关。
Km 683lm / w Km 1755lm / w
在整个可见光谱范围内:
明视觉:
780
v 380 KmV ()e ()d
暗视觉:
780
v 380 Km V ()e ()d
第二节 光传播过程中光学量的变化规律 一. 点光源在与之距离为r处的表面形成的照度
E
I r2
cos
I为发光强度
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