光学设计第讲光学.ppt

第2讲 光度学基础
1 可见光
2 人的视觉
3 光度学基础
第一页，共七十页。
1 可见光
粒子-反射、折射、吸收—几何光学
波动-干涉、衍射、偏振（横波）--波动光学—电磁波
波粒二象性—光量子（爱因斯坦光电效应实验
2 人的视觉
4、视觉适应
在变化的各种亮度、光谱分布、视觉刺激下，视觉系统会相应地做出调整以适应这种变化过程。
明适应：黑暗环境到明亮环境
暗适应：明亮环境到黑暗环境
第十四页，共七十页。
明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min
暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时
引起光感觉的最小亮度和最低光出射角度
应用：隧道路灯照明
第十五页，共七十页。
3 光度学基础
辐射度学与光度学
辐通量与光通量
发光强度
亮度
光出射度
照度
发光效率
各个物理量的关联
第十六页，共七十页。
辐射度学与光度学
辐射度学（Radiometry）：当外界物理辐射以能量（或功率）为单位来评价时，定义为辐射量，这是纯物理量，属于辐射度学研究的范畴。
光度学（Photometry）：物理辐射作用在观察者的视觉器官是产生光的感觉，当辐射量与人眼的视觉特性相联系而被评价时，定义为光度量，属于光度学研究的范畴。光度学处理的是光亮度的视觉，测量的是视觉响应。
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辐射度学与光度学
第十八页，共七十页。
辐通量与光通量
1、辐通量Φe （辐射功率）：单位时间内光源发出或通过一定接收截面的辐射能，单位为W（瓦特）。
谱密度，光谱分布
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辐通量与光通量
第二十页，共七十页。
辐通量与光通量
第二十一页，共七十页。
辐通量与光通量
第二十二页，共七十页。
辐通量与光通量
2、光谱光效率函数
用来度量辐射能所引起的视觉能力的量称为光谱光效率函数，（即光谱不同波长的能量对人眼产生光感觉的效率） 。它主要是评价人体视觉对各种颜色的灵敏度。
光谱光效率函数是光度学计算的重要依据。1933年国际计量委员会采用光谱光效率函数作为光度量的标准。
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辐通量与光通量
International Commission on Illumination （国际照明委员会），简称 CIE
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一般用 表示明视觉的光谱光效率函数；
明视觉光谱光效率函数 是1924年国际照明委员会(CIE)根据吉普逊(Gibson)等几组科学家对200多名观察者测定的结果推荐的，适合于2度视场观察条件，其峰值在555nm，也就是说对波长为555nm的黄绿光的感受效率最高，同样对其它波长的光的感受效率较低。
暗视觉光谱光效率函数 (Scotopic Vision)是CIE于1951年推荐的，是在克拉福特(Craford)和沃尔特(Wald)实验数据基础上综合后推出的，它的峰值在507nm，也就是说对波长为507nm的蓝绿光的感受效率最高。
一般用 表示暗视觉的光谱光效率函数；
光谱光视效率
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辐通量与光通量
光谱光效率函数归一化：
光谱光视效率与波长的关系曲线
在月色朦胧的夜晚，总感到周围一切笼罩一层蓝灰色的色彩
第二十六页，共七十页。
第二十七页，共七十页。
辐通量与光通量
3、光通量（Flux）Φv（流明，lm）
按照CIE标准光度观察者的视觉特性来评价的辐射通量，即为光通量，它表示光源的发光能力。
Km为辐射的光谱光效能的最大值，单位：流明每瓦特（lm/W）。
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辐通量与光通量
第二十九页，共七十页。
辐通量与光通量
例如：对于555nm的绿光， 1瓦特=683流明，，那么，1W的440nm的光对应多少流明？
683 lm/W*1W*= lm
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辐通量与光通量
常用灯具的电功率与光通量
第三十一页，共七十页。
发光强度
发光强度（Luminous Intensity）：点光源在给定方向上单位立体角内发射的光通量，也可解释为在一定方向上单位立体角内所发出的光通量。 单位：流明/球面度（lm/sr）或坎德拉（cd）