工程光第七章

工程光第七章1第一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日波長(zhǎng)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(cè)試、計(jì)量和計(jì)算的學(xué)科稱為“輻射度學(xué)”研究可見光的測(cè)試、計(jì)量和計(jì)算稱為“光度學(xué)”2第二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日人眼的光學(xué)特性1、眼睛的結(jié)構(gòu)——成像光學(xué)系統(tǒng)

人眼本身相當(dāng)于攝影光學(xué)系統(tǒng)3第三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜*鞏膜是眼球的第一層保護(hù)膜，白色、不透明、堅(jiān)硬；角膜*角膜是鞏膜的最前端部分，無(wú)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(luò)膜*脈絡(luò)膜是眼球的第二層膜，黑色，吸收透過(guò)視網(wǎng)膜的光線。上面有供給眼睛營(yíng)養(yǎng)的網(wǎng)狀微血管；4第四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜脈絡(luò)膜虹膜*虹膜是脈絡(luò)膜的最前端部分，含有色素細(xì)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第五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜細(xì)胞，錐狀細(xì)胞直徑約5微米，長(zhǎng)約35微米；桿狀細(xì)胞直徑約2微米脈絡(luò)膜，長(zhǎng)約60微米。它們?cè)诰W(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(xì)胞和桿狀是錐狀細(xì)胞的密集區(qū)而沒(méi)有桿狀細(xì)胞，由中心向外，逐漸相對(duì)變化；黃斑6第六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜

光脈絡(luò)膜盲斑是網(wǎng)膜上沒(méi)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(jué)最靈敏的地方。視神經(jīng)細(xì)胞晶狀體在虹膜后面，是由兩個(gè)不同曲率的面組成的透明體，黃斑神經(jīng)纖維盲點(diǎn)大腦盲點(diǎn)晶狀體7第七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日人眼的構(gòu)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(luò)膜成像質(zhì)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(xué)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(yuǎn)近不同的物體時(shí)，總能將像成在視網(wǎng)膜上。黃斑中心凹

盲斑晶狀體8第八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日人眼的構(gòu)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(luò)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第九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日10第十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日可見光光的輻射能中能引起人眼的視覺(jué)效應(yīng)的區(qū)域。

這個(gè)區(qū)域從380納米到780納米。人眼觀察輻射體時(shí)，其視覺(jué)強(qiáng)弱與輻射波長(zhǎng)和輻射強(qiáng)度（某一方向）有關(guān)在可見光中不同波長(zhǎng)的光所引起的視覺(jué)效應(yīng)的靈敏度是不相同的在光度學(xué)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(jué)11第十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日視見函數(shù)把人眼對(duì)黃光的視覺(jué)靈敏度作為基準(zhǔn)，其它色光的視覺(jué)靈敏度與黃光的視覺(jué)靈敏度相比，得出各種色光的相對(duì)視覺(jué)靈敏度，稱為視見函數(shù)，用V(λ)表示。把人眼最靈敏波長(zhǎng)（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(jué)函數(shù)略有差別視見函數(shù)12第十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日13第十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日/nmV()4004505005506006507000.00.20.40.60.81.014第十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日顏色視覺(jué)15第十五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日顏色視覺(jué)16第十六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日顏色視覺(jué)顏

色

立

體17第十七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日3、輻射度學(xué)通過(guò)電磁光譜來(lái)處理輻射能的測(cè)量。輻射度學(xué)主要研究頻率為3×1011～3×1016Hz的光輻射，對(duì)應(yīng)于0.01~1000μm微米的波長(zhǎng)。波段范圍包括紅外、可見光、紫外線。18第十八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日光度學(xué)與輻射度學(xué)類似，但它只處理人眼可感知的光，即可見光，波長(zhǎng)范圍為380～780nm(納米)。波長(zhǎng)450nm對(duì)應(yīng)于藍(lán)色，540nm對(duì)應(yīng)于綠色，659nm對(duì)應(yīng)于紅色。19第十九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日立體角的定義：

一個(gè)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(xué)中的應(yīng)用Ω20第二十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日立體角定義圖21第二十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日以錐體頂點(diǎn)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第二十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日

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(gè)“球面度”（sr）。整個(gè)球面的面積為4πr2,對(duì)于整個(gè)空間有即整個(gè)空間等于4π球面度23第二十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日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(gè)單位圓。在三維空間，4π的球面度立體角覆蓋整個(gè)單位球面。從一個(gè)球面上去處1球面度立體角的圓錐24第二十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日輻射度學(xué)中的基本量一、輻射通量輻射通量的定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)輻射體所輻射的總能量，用Φe表示；其計(jì)量單位用功率單位瓦特。

表示了一個(gè)輻射體輻射的強(qiáng)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(lái)表示輻射體的輻射通量按波長(zhǎng)分布的特性25第二十五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日二、輻射強(qiáng)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(qiáng)度”，Ie表示26第二十六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量輻射強(qiáng)度的單位為瓦每球面度（W/sr）。dΦedΩ均勻點(diǎn)光源

27第二十七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日三、輻（射）出射度、輻（射）照度輻射強(qiáng)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(diǎn)A處的輻射強(qiáng)弱：假定dS微面輻射出的輻射通量為dΦe，則A點(diǎn)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第二十八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日如果某一物體表面被其它輻射體照射即為了表示A點(diǎn)被照射的強(qiáng)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(hào)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第二十九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日四、輻（射）亮度用輻（射）亮度來(lái)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第三十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日若在AO方向上的輻射強(qiáng)度為Ie，把Ie與dSn之比稱為“輻（射）亮度”，符號(hào)為L(zhǎng)e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第三十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日4光度學(xué)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(jué)強(qiáng)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(zhǎng)λ附近，對(duì)于間隔為dλ的單色光而言。最大光視效能：683lm/W32第三十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日4光度學(xué)中的基本量

發(fā)光強(qiáng)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(qiáng)度的單位為坎（德拉）（cd）對(duì)于均勻點(diǎn)光源33第三十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日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(zhǎng)為555nm），且在此方向上的輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr。1坎德拉等于光源在1個(gè)立體弧度內(nèi)產(chǎn)生1流明的光通量坎德拉是光度學(xué)中最基本的單位，也是國(guó)際基本計(jì)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(qiáng)度為1cd的發(fā)光體在單位立體角內(nèi)的通光量，即34第三十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日光出射度和光照度用光出射度M來(lái)表示A點(diǎn)處的發(fā)光強(qiáng)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(duì)應(yīng)當(dāng)發(fā)光表面均勻發(fā)光時(shí)，其光出射度為反之，當(dāng)某一表面被發(fā)光體照明，用光照度E來(lái)表示被照明表面A處的照明強(qiáng)弱在均勻照明情況下35第三十五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日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(xué)中的輻（射）照度相對(duì)應(yīng)。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第三十六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日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(lái)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(qiáng)度。37第三十七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日L表示發(fā)光面上A點(diǎn)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(diǎn)周圍的微面在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)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(xué)中的輻亮度相對(duì)應(yīng)。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第三十八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日光度量與輻射度量的關(guān)系39第三十九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日朗伯余弦定律40第四十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日余弦輻射體

余弦輻射體可能是白發(fā)光面，如絕對(duì)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第四十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日照度距離平方反比定律點(diǎn)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第四十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日光能傳播定律光在同一介質(zhì)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(gè)面積很小的截面構(gòu)成的直紋曲面包圍的空間。

當(dāng)光在元光管內(nèi)傳遞時(shí)，沒(méi)有能量的損失。即有：43第四十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日光學(xué)成像系統(tǒng)像面的光照度現(xiàn)在假設(shè)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(diǎn)（小視場(chǎng)、大孔徑，例如：望遠(yuǎn)鏡）

44第四十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日光學(xué)成像系統(tǒng)像面的光照度像面上的照度為：

45第四十五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日二、軸外像點(diǎn)光照度（大視場(chǎng)系統(tǒng)）

隨著像方視場(chǎng)的增大／所分析的像點(diǎn)越來(lái)越遠(yuǎn)離軸上像點(diǎn)，其軸外像點(diǎn)照度下降非常的快。

46第四十六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日5、色度學(xué)基礎(chǔ)47第四十七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日5、色度學(xué)基礎(chǔ)48第四十八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日5、色度學(xué)基礎(chǔ)（1）人的視覺(jué)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(gè)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(jué)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第四十九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日色溫<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(lán)的白色）