光学设计第2讲光度学ppt课件.ppt

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1、光学设计基础理论第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）红780nm~630nm橙630nm~590nm黄590nm~570nm绿570nm~500nm青500nm~460nm蓝460nm~430nm紫430nm~380nm1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

2、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

3、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人的视觉视神经盘（视神经乳头）（盲点）黄斑（密集着椎体细胞的区域，颜色呈黄色）中央凹（最敏感的地方）视神经乳头双极细胞神经节细胞杆体细胞锥体细胞锥体与杆体细胞的混合系统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

4、。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

5、）、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.VonKries）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

6、明亮。1.2人的视觉总结：视网膜：杆体细胞+锥体细胞杆体细胞：感光灵敏度高（暗视觉），不能分辨细节，不能分辨色彩。锥体细胞：感光灵敏度低（明视觉），能分辨细节，能分辨色彩。锥体细胞可分敏红、敏绿、敏蓝细胞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明适应的时间较短，通常为10-3s-2min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

7、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，

8、单位为W（瓦特）。谱密度，光谱分布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3.2辐通量与