光学设计第2讲光度学.ppt

第2讲 光度学基础 1 可见光 2 人的视觉 3 光度学基础 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解释） 1 可见光 可见光谱：在电磁辐射范围内，只有从380-780 (nm) 波长的电磁辐射能够引起人的视觉，这段波长叫做可见光谱。 1 可见光 光学辐射：指波长为 1纳米到1毫米范围的电磁辐射，它主要包括紫外辐射、可见辐射和红外辐射等部分。分为：可见辐射和不可见辐射。 可见辐射（可见光）： 对于人来说，能为眼睛感受并产生视觉的光学辐射称为可见辐射。这种来及外界的可见光辐射刺激人的视觉器官，在脑中产生光、颜色、形状等视觉印象，而获得对外界的认识。 不可见辐射（紫外线、红外线）： 不能为眼睛感受，也不产生视觉的光学辐射称为不可见辐射。这种辐射刺激眼睛时不产生视觉，而作用在皮肤上有时会产生其它感觉，如紫外线产生疼痛感觉，红外线长生灼热感觉。 2 人的视觉 1、视觉 光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信息经视觉神经系统加工后便产生视觉。人的视觉器官不但反映光的强度，而且也能反映光的波长特性。前者表现为亮度的感觉，后者表现为颜色的感觉。 通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意义的各种信息，至少有80％以上的外界信息经视觉获得，视觉是人和动物最重要的感觉。 2 人的视觉 2 人的视觉 光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应，使人们能看到物体。 1.2 人的视觉 2、人眼视网膜上有二种感光细胞：杆体细胞和锥体细胞。 杆体细胞：只在较暗条件下（在亮度为0.001cd/m2以下）起作用，适宜于微光视觉，感光灵敏度高，仅能分辨明暗，不能分辨颜色和细节。杆体细胞不能分辨色彩的原因是因为它只含有一种类型的感光色素，这些感光细胞集中在视网膜的外围部分，引起的是外围视觉。 2 人的视觉 锥体细胞: 在光亮（亮度为3cd/m2以上）条件下，能够分辨颜色和物体的细节。 其原因：在高亮度条件下，杆体细胞响应饱和，视觉完全由锥体细胞引起，锥体细胞可能含有敏红素、敏绿素和敏蓝素三种感光色素中的一种，分别称为L型（长波，590nm）、M型（中波，540nm）以及S型（短波，450nm）锥体细胞。由于光谱灵敏度不同，这些感光色素使我们能够区分色彩。锥体细胞集中在视网膜的中心部分，密度在外围下降。锥体细胞灵敏度较低但空间分辨率较高。 2 人的视觉 3、明视觉、暗视觉、中间视觉 1912，冯·凯斯（J. Von Kries）根据上述现象，提出了视觉的二重功能学说，认为视觉有两重功能：视网膜中央的“锥体细胞视觉”和视网膜边缘的“杆体细胞视觉”，也叫做“明视觉”和“暗视觉”。 当环境亮度介于0.001cd/m2 和3cd/m2 之间称为中间视觉。此时视网膜上的锥体细胞和杆体细胞同时起作用，蓝光比红光更为明亮。 1.2 人的视觉 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 3 光度学基础 3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量的关联 3.1 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。 3.1 辐射度学与光度学 3.2 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）。 3.2 辐通量与光通量 3.2 辐通量与光通量 3.2 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。 1.3.2 辐通量与光通量 3.2 辐通量与光通量 光谱光效率函数归一化： 3.2 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，