第五章光度学和色度学基础课件.ppt
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1、Applied Optics应用光学应用光学授课教师:曹益平授课教师:曹益平 办公地点:基教办公地点:基教A-119 联系电话:联系电话:85463879第第5 5章章 光度学与色度学基础光度学与色度学基础辐射量和光学量及其单位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光传播过程中光学量的变化规律成像系统像面的光照度成像系统像面的光照度颜色的分类及颜色的表现特征颜色的分类及颜色的表现特征颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律颜色匹配颜色匹配色度学中的几个概念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颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值CIECIE标
2、准色度学系统标准色度学系统均匀颜色空间及色差公式均匀颜色空间及色差公式本章重点本章重点u光度学相关概念及量纲光度学相关概念及量纲u成像系统像面的光照度成像系统像面的光照度u光能损失光能损失u格拉斯曼颜色混合定律格拉斯曼颜色混合定律辐射量和光学量及其单位辐射量和光学量及其单位 辐射量辐射量1 1、辐射能、辐射能、辐射能、辐射能Q Qe e一次辐射源:一次辐射源:本身能辐射电磁能量的物体。本身能辐射电磁能量的物体。二次辐射源:二次辐射源:受别的辐射源照射后透射或反射能受别的辐射源照射后透射或反射能 量的物体。量的物体。统称为统称为辐射体辐射体,它可以是实物,也可以是实物所成的像。,它可以是实物,也
3、可以是实物所成的像。以电磁辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐射能。以电磁辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐射能。以电磁辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐射能。以电磁辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐射能。单位是焦耳单位是焦耳(J),用,用Qe来表示。来表示。辐射量辐射量2 2、辐(射能)通量、辐(射能)通量、辐(射能)通量、辐(射能)通量e e是是是是指指指指辐辐辐辐射射射射体体体体发发发发出出出出或或或或通通通通过过过过一一一一定定定定接接接接收收收收截截截截面面面面的的的的辐辐辐辐射射射射能能能能,即即即即单单单单位时间里流过一定面积的能量。位时间里流过一定面积的能量。位时间里流过
4、一定面积的能量。位时间里流过一定面积的能量。与功率单位相同单位是瓦与功率单位相同单位是瓦与功率单位相同单位是瓦与功率单位相同单位是瓦(w)(w)(w)(w),用,用,用,用e 来表示。来表示。来表示。来表示。辐射量辐射量3 3、辐(射)出(射)度、辐(射)出(射)度、辐(射)出(射)度、辐(射)出(射)度MMe e是指辐射体单位面积发出的辐通量。是指辐射体单位面积发出的辐通量。是指辐射体单位面积发出的辐通量。是指辐射体单位面积发出的辐通量。单位是瓦每平方米单位是瓦每平方米单位是瓦每平方米单位是瓦每平方米(w/m(w/m(w/m(w/m2 2 2 2),用,用,用,用Me 来表示。来表示。来表示
5、。来表示。辐射量辐射量4 4、辐(射)照度、辐(射)照度、辐(射)照度、辐(射)照度E Ee e是指辐射照射面单位面积上接收的辐通量。是指辐射照射面单位面积上接收的辐通量。是指辐射照射面单位面积上接收的辐通量。是指辐射照射面单位面积上接收的辐通量。单位是瓦每平方米单位是瓦每平方米单位是瓦每平方米单位是瓦每平方米(w/m(w/m(w/m(w/m2 2 2 2),用,用,用,用Ee 来表示。来表示。来表示。来表示。辐射量辐射量5 5、辐(射)强度、辐(射)强度、辐(射)强度、辐(射)强度I Ie e是是是是指指指指点点点点辐辐辐辐射射射射源源源源向向向向某某某某一一一一方方方方向向向向辐辐辐辐射射
6、射射时时时时在在在在一一一一定定定定元元元元立立立立体体体体角角角角内内内内发发发发出的辐通量。出的辐通量。出的辐通量。出的辐通量。单位是瓦每球面度单位是瓦每球面度单位是瓦每球面度单位是瓦每球面度(w/sr)(w/sr)(w/sr)(w/sr),用,用,用,用Ie 来表示。来表示。来表示。来表示。辐射量辐射量6 6、辐(射)亮度、辐(射)亮度、辐(射)亮度、辐(射)亮度L Le e是是是是指指指指具具具具有有有有有有有有限限限限尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的辐辐辐辐射射射射体体体体的的的的辐辐辐辐通通通通量量量量分分分分布布布布,如如如如图图图图所所所所示示示示,元元元元面面面面积积积积为为为为dA
7、dA的的的的辐辐辐辐射射射射面面面面,在在在在和和和和表表表表面面面面法法法法线线线线N N N N成成成成角角角角方方方方向向向向,在在在在元元元元立立立立体体体体角角角角d d d d内内内内发发发发出出出出的的的的辐辐辐辐通通通通量量量量为为为为d de e,则则则则辐辐辐辐亮亮亮亮度度度度定定定定义义义义为:为:为:为:单位是瓦每球面角平方米单位是瓦每球面角平方米单位是瓦每球面角平方米单位是瓦每球面角平方米(w/sr(w/sr(w/sr(w/srm m m m2 2 2 2),用,用,用,用Le 来表示。来表示。来表示。来表示。zxydoa)dsdrob)整个球面的面积为整个球面的面积
8、为 ,因此整个空间范围内的立,因此整个空间范围内的立体角为体角为 在在在在讨讨讨讨论论论论光光光光学学学学系系系系统统统统及及及及照照照照明明明明问问问问题题题题时时时时,通通通通常常常常用用用用平平平平面面面面角角角角U U表表表表示示示示,但但但但有有有有关关关关光光光光能能能能的的的的计计计计算算算算要要要要用用用用立立立立体体体体角角角角表表表表示示示示立立立立体体体体空空空空间间间间,因因因因此需由已知平面角求立体角。此需由已知平面角求立体角。此需由已知平面角求立体角。此需由已知平面角求立体角。一个单位立体角一个单位立体角ds/r2(Sr)光学量光学量1 1、光通量、光通量、光通量、
9、光通量v v是标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。是标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。是标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。是标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。单位是流明单位是流明单位是流明单位是流明(lm)(lm)(lm)(lm),用,用,用,用v 来表示。来表示。来表示。来表示。光光通通量量反反映映了了光光源源所所发发出出的的光光辐辐射射能能引引起起人人眼眼刺刺激激的的能力有多大。能力有多大。描述一个光源发出可见光的效率表示为:描述一个光源发出可见光的效率表示为:光学量光学量2 2、光出射度、光出射度、光出射度、光出射度MMv v是指光源单位面积发出的光通量。是指光源单位面积发出的光通
10、量。是指光源单位面积发出的光通量。是指光源单位面积发出的光通量。单位是流明每平方米单位是流明每平方米单位是流明每平方米单位是流明每平方米(lm/m(lm/m(lm/m(lm/m2 2 2 2),用,用,用,用Mv 来表示。来表示。来表示。来表示。光学量光学量3 3、光照度、光照度、光照度、光照度E Ev v是指单位受照面积上接受的光通量。是指单位受照面积上接受的光通量。是指单位受照面积上接受的光通量。是指单位受照面积上接受的光通量。单位是勒克斯单位是勒克斯单位是勒克斯单位是勒克斯(lx)=1(lx)=1(lx)=1(lx)=1流明每平方米流明每平方米流明每平方米流明每平方米(lm/m(lm/m
11、(lm/m(lm/m2 2 2 2),用,用,用,用Ev 来表示。来表示。来表示。来表示。光学量光学量4 4、发光强度、发光强度、发光强度、发光强度I Iv v是是是是指指指指点点点点光光光光源源源源向向向向某某某某一一一一方方方方向向向向辐辐辐辐射射射射时时时时在在在在一一一一定定定定元元元元立立立立体体体体角角角角内内内内发发发发出出出出的光通量。的光通量。的光通量。的光通量。单位是坎德拉单位是坎德拉单位是坎德拉单位是坎德拉(cd)(cd)(cd)(cd),用,用,用,用Iv 来表示。来表示。来表示。来表示。光学量光学量5 5、光亮度、光亮度、光亮度、光亮度L Lv v是是是是指指指指具具
12、具具有有有有有有有有限限限限尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的光光光光源源源源发发发发出出出出的的的的光光光光在在在在空空空空间间间间分分分分布布布布的的的的情情情情况况况况,如如如如图图图图所所所所示示示示,发发发发光光光光面面面面元元元元面面面面积积积积为为为为dAdA,在在在在和和和和发发发发光光光光面面面面法法法法线线线线N N N N成成成成角角角角方方方方向向向向,在在在在元元元元立立立立体体体体角角角角d d d d内内内内发发发发出出出出的的的的光光光光通通通通量量量量为为为为d dv v,则则则则光亮度定义为:光亮度定义为:光亮度定义为:光亮度定义为:单位是坎德拉每平方米单位是坎德拉每
13、平方米单位是坎德拉每平方米单位是坎德拉每平方米(cd/m(cd/m(cd/m(cd/m2 2 2 2),用,用,用,用Lv 来表示。来表示。来表示。来表示。光学量光学量5 5、光亮度、光亮度、光亮度、光亮度L Lv v 一一频频率率为为5.401014赫赫的的单单色色辐辐射射,若若在在给给定定方方向向上上的的辐辐射射强强度度为为1683WSr-1,则则光光源源在在该该方方向向上上的的发光强度为发光强度为1cd亮度与发光强度间的关系亮度与发光强度间的关系亮度在数值上等于单位面积在亮度在数值上等于单位面积在其法线方向上的发光强度。其法线方向上的发光强度。光学量和辐射量光学量和辐射量间的关系间的关系
14、1 1、光谱光效率函数、光谱光效率函数、光谱光效率函数、光谱光效率函数人眼对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数,即称人眼对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数,即称为光谱光效率函数为光谱光效率函数,又称为又称为视见函数视见函数,用,用V()表示。表示。明视条件下V()暗视条件下V()光学量和辐射量光学量和辐射量间的关系间的关系2 2、光学量与辐射量间的关系、光学量与辐射量间的关系、光学量与辐射量间的关系、光学量与辐射量间的关系光谱光效率函数的意义:光谱光效率函数的意义:把能量的物理量转化成光的把能量的物理量转化成光的把能量的物理量转化成光的把能量的物理量转化成光的物理量物理量物理量物理量。明视觉
15、:明视觉:暗视觉:暗视觉:1流明的流明的0.555um的单色光通量等于的单色光通量等于1/683瓦的辐通量。瓦的辐通量。1流明的流明的0.507um的单色光通量等于的单色光通量等于1/1755瓦的辐通量。瓦的辐通量。光传播过程中光学量的变化规律光传播过程中光学量的变化规律点光源在与之距离为点光源在与之距离为r r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度设光源的发光强度为设光源的发光强度为I,则则物体表面的照度是物体表面的照度是该公式称为照度的平方反比律。该公式称为照度的平方反比律。rANOdAdd面光源在与之距离为面光源在与之距离为r r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度由由dA0发出并
16、照射在发出并照射在dA 上的光通量为上的光通量为r21dA0dA o2o1面光源在面光源在O2点产生的照度为点产生的照度为面光源在与之距离为面光源在与之距离为r r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度 上式表明,一微小面光源照射一微面积元时,微面元上式表明,一微小面光源照射一微面积元时,微面元的照度与面光源的光亮度和光源面积的大小成正比,与的照度与面光源的光亮度和光源面积的大小成正比,与距离距离r的平方成反比,并与两面元法线和光束方向的夹的平方成反比,并与两面元法线和光束方向的夹角小角小 1、2的余弦成的余弦成正比。正比。单一介质元光管内光亮度的传递单一介质元光管内光亮度的传递 由面元由面
17、元dA1发出并经元光管传到为发出并经元光管传到为dA2面上面上的的光通量为光通量为由由光路可逆,光路可逆,dA2面元发出并经元光管传到为面元发出并经元光管传到为dA1面上面上的的光通量为光通量为如果光能在元光管中无损失,即如果光能在元光管中无损失,即 ,则则 即光能在同一均匀介质的元光管中传递时,如果无光能即光能在同一均匀介质的元光管中传递时,如果无光能即光能在同一均匀介质的元光管中传递时,如果无光能即光能在同一均匀介质的元光管中传递时,如果无光能损失,则在传播方向上的光亮度传损失,则在传播方向上的光亮度传损失,则在传播方向上的光亮度传损失,则在传播方向上的光亮度传递不变,任一截面上递不变,任
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