工程光学基础教程教学课件ppt作者郁道银谈恒英第五六章优质PPT.ppt
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,21292D,3.辐射出射度Me,辐射源单位发射面积发出的辐通量,定义为辐射源的辐出度,以字符Me表示。
21292D,4.辐射照度Ee,辐射照射面单位受照面积上接受的辐通量,定义为受照面的辐照度,以字符Ee表示。
21292D,5.辐射强度Ie,点辐射源向各方向发出辐射,在某一方向,在元立体角d内发出的辐通量为de,则辐强度Ie为Ie=ded(5-4),21292D,6.辐射亮度Le,图5-1辐亮度定义中各量的示意图,21292D,二、光学量,1.光通量v标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量称为光通量,通常以字符v表示。
2.光出射度Mv光源单位发光面积发出的光通量,定义为光源的光出射度,以字符Mv表示。
3.光照度Ev单位受照面积接受的光通量,定义为光照面的光照度,通常用字符Ev表示。
4.发光强度Iv5.光亮度Lv为了描述具有有限尺寸的发光体发出的可见光在空间分布的情况,采用了光亮度Lv这样一个光学量。
21292D,1.光通量v,标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量称为光通量,通常以字符v表示。
21292D,2.光出射度Mv,光源单位发光面积发出的光通量,定义为光源的光出射度,以字符Mv表示。
21292D,3.光照度Ev,单位受照面积接受的光通量,定义为光照面的光照度,通常用字符Ev表示。
21292D,4.发光强度Iv,点光源向各方向发出可见光,在某一方向,在元立体角d内发出的光通量为dv,则点光源在该方向上的发光强度Iv为Iv=dvd(5-8)式(5-8)表明,点光源的发光强度等于点光源在单位立体角内发出的光通量。
发光强度的单位为坎德拉,21292D,5.光亮度Lv,表5-1常见发光表面的光亮度值,21292D,5.光亮度Lv,图5-2V()和V()函数曲线,21292D,三、光学量和辐射量间的关系,
(一)光谱光效率函数
(二)光学量和辐射量间的关系,21292D,
(一)光谱光效率函数,就其实质而言,人眼就是一种可见光探测器,其输入为用辐射量度量的可见光辐射,而输出为用光学量表示的光感受。
所以,光学量和辐射量间的关系决定于人的视觉特性。
实验表明,具有相同辐通量而波长不同的可见光分别作用于人眼,人所感受的明亮程度将有所不同,这表明人的视觉对不同波长光有不同的灵敏度。
人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数,称之为光谱光效率函数。
21292D,
(二)光学量和辐射量间的关系,在波长附近的小波长间隔d内,光通量dv()和辐通量e()之间的关系可表示为明视觉条件下dv()=KmV()e()d(5-11)暗视觉条件下dv()=KmV()e()d(5-12),21292D,第二节光传播过程中光学量的变化规律,一、点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度二、面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度三、单一介质元光管内光亮度的传递四、光束经界面反射和折射后的亮度五、余弦辐射体,21292D,一、点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度,图5-3点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度,21292D,二、面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度,图5-4面光源在与之距离为r的表面上形成的照度,21292D,三、单一介质元光管内光亮度的传递,图5-5光在元光管内的传播,21292D,三、单一介质元光管内光亮度的传递,图5-6光束经介质界面的反射和折射,21292D,四、光束经界面反射和折射后的亮度,光束投射到两透明介质的界面时,会形成反射和透射两路光束,两光束的方向可分别由反射定律和折射定律确定。
21292D,五、余弦辐射体,图5-7余弦辐射体发光强度的空间分布,21292D,五、余弦辐射体,图5-8漫透射体和漫反射体发光强度的空间分布,21292D,第三节成像系统像面的光照度,一、轴上像点的光照度二、轴外像点的照度三、光通过光学系统时的能量损失四、光学系统的总透射比,21292D,一、轴上像点的光照度,图5-9成像光学系统轴上点照度,21292D,一、轴上像点的光照度,图5-10光学系统的轴外点成像,21292D,二、轴外像点的照度,表5-2不同视场角的轴外像点照度与轴上像点照度比,21292D,三、光通过光学系统时的能量损失,
(一)光在两透明介质界面上的反射损失
(二)介质吸收造成的光能损失(三)反射面的光能损失,21292D,
(一)光在两透明介质界面上的反射损失,光照射到两透明介质光滑界面上时,大部分光折射到另一介质中,也有一小部分光反射回原介质,反射光没通过界面,因而形成光能损失。
21292D,
(二)介质吸收造成的光能损失,光在介质中传播,由于介质对光的吸收使一部分光不能通过系统,从而形成光能损失。
21292D,(三)反射面的光能损失,光学系统中,经常使用反射面来改变光的行进方向。
反射元件对光的透射和吸收,使反射面的反射比小于1。
21292D,四、光学系统的总透射比,一光学系统,有N1个冕牌玻璃折射面和N2个火石玻璃折射面;
光通过M种介质制成的元件,其中心厚度分别为d1、d2、dM;
系统有N3个反射面。
21292D,第四节颜色的分类及颜色的表观特征,一、颜色及其分类二、颜色的表观特征,21292D,一、颜色及其分类,颜色是不同波长可见光辐射作用于人的视觉器官后所产生的心理感受。
人脑有记忆、联想等功能,因此人观察到的颜色,往往带有有关颜色经验、背景颜色及物体形状等心理因素的影响。
所以,颜色是一种和物理、生理及心理学有关的复杂现象。
颜色可分为非彩色和彩色两大类。
21292D,二、颜色的表观特征,颜色有三种表观特征,即明度、色调和饱和度。
明度表示颜色明亮的程度。
对于光源色,明度值与发光体的光亮度有关;
对于物体色,此值和物体的透射比或反射比有关。
色调是区分不同彩色的特征。
可见光谱范围内,不同波长的辐射,在视觉上呈现不同色调,如红、黄、绿、蓝、紫等等。
光源色的色调取决于辐射的光谱组成,而物体色则既与照明光的光谱组成有关,还同物体对光的选择吸收特性有关。
例如,物体反射波长为4.810-75.610-7m的辐射,吸收其他波长的辐射,在白光照明下呈绿色。
21292D,第五节颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律,一、颜色混合二、格拉斯曼颜色混合定律,21292D,一、颜色混合,
(1)色光混合色光混合是不同颜色光的直接混合。
(2)色料混合色料是对光有强烈选择吸收的物质,在白光照明下呈现一定的颜色。
21292D,
(1)色光混合色光混合是不同颜色光的直接混合。
色光混合是不同颜色光的直接混合。
混合色光为参加混合各色光之和,故又称之为加混色。
21292D,
(2)色料混合色料是对光有强烈选择吸收的物质,在白光照明下呈现一定的颜色。
色料是对光有强烈选择吸收的物质,在白光照明下呈现一定的颜色。
色料混合是从白光中去除某些色光,从而形成新的颜色,故又称之为减混色,21292D,二、格拉斯曼颜色混合定律,
(1)人的视觉只能分辨颜色的三种变化,它们是明度、色调和饱和度。
(2)两种颜色混合,如果一种颜色成分连续变化,混合色的外貌也连续地变化。
(3)颜色外貌(明度值、色调、饱和度)相同的光,在颜色混合中是等效的。
(4)混合色的亮度等于各色光亮度之和。
21292D,
(1)人的视觉只能分辨颜色的三种变化,它们是明度、色调和饱和度。
人的视觉只能分辨颜色的三种变化,它们是明度、色调和饱和度。
21292D,
(2)两种颜色混合,如果一种颜色成分连续变化,混合色的外貌也连续地变化。
两种颜色混合,如果一种颜色成分连续变化,混合色的外貌也连续地变化。
两种颜色以一定的比例相混合产生白色或灰色,则此两颜色为互补色。
互补色以一定的比例混合,产生白色或灰色;
以其他比例混合,则产生接近占有比例大的颜色的非饱和色。
这就是补色律。
21292D,(3)颜色外貌(明度值、色调、饱和度)相同的光,在颜色混合中是等效的。
颜色外貌(明度值、色调、饱和度)相同的光,在颜色混合中是等效的。
由此可以推论得到代替律:
相似色混合,混合色仍相似。
代替律可用公式表示如下:
颜色A=颜色B颜色C=颜色D颜色A+颜色C=颜色B+颜色D,21292D,(4)混合色的亮度等于各色光亮度之和。
假定参加混色各色光亮度分别为L1、L2,Ln,则混合色光的光亮度L为L=L1+L2+Ln这就是亮度相加定律。
格拉斯曼颜色混合定律,适用于色光相加混色,不适用于色料混合。
21292D,第六节颜色匹配,一、颜色匹配和颜色匹配实验二、颜色方程式三、颜色匹配实验的结论,21292D,一、颜色匹配和颜色匹配实验,
(一)颜色转盘法
(二)色光混合匹配实验,21292D,一、颜色匹配和颜色匹配实验,图5-11颜色转盘,21292D,
(一)颜色转盘法,整个装置可绕中心轴线旋转。
改变红、绿、蓝三色扇形面积的比例,即可改变混合色的色调和饱和度。
而通过调节黑色扇形的大小,可以改变混合色的明度值。
图5-11b是一个叠合好的颜色转盘。
21292D,
(二)色光混合匹配实验,图5-12色光混合颜色匹配实验装置示意图,21292D,二、颜色方程式,颜色匹配可以用数学方法表示。
R量的红颜色(R)、G量的绿颜色(G)和B量的蓝颜色(B)混合,正好与颜色(C)相匹配,这一事实可用方程表示为(C)R(R)+G(G)+B(B),21292D,三、颜色匹配实验的结论,
(1)红、绿、蓝三种颜色以不同的量值(有的可能为负值)相混合,可以匹配任何颜色。
(2)红、绿、蓝不是唯一的能匹配所有颜色的三种颜色。
21292D,第七节色度学中的几个概念,一、颜色刺激二、三原色三、三刺激值四、光谱三刺激值或颜色匹配函数五、色品坐标及色品图六、色度学中常用的光度学概念,21292D,一、颜色刺激,能够引起颜色知觉的可见辐射的辐通量称做颜色刺激。
颜色刺激按波长的分布,称做颜色刺激函数,一般用()表示。
颜色刺激是纯物理量。
21292D,二、三原色,能够匹配所有颜色的三种颜色,称做三原色。
匹配实验表明,能够匹配所有颜色的三种颜色不是唯一的。
人们通常选用红(R)、绿(G)、蓝(B)作为三原色,其原因可能是:
用不同量的红、绿、蓝三种颜色直接混合,几乎可得到经常使用的所有颜色;
红、绿、蓝三种颜色恰与人的视网膜上红视锥、绿视锥和蓝视锥细胞所敏感的颜色相一致。
21292D,三、三刺激值,在颜色匹配中,以一定数量的三原色能完成某种颜色的匹配。
匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的三刺激值。
颜色方程中的R、G、B就是三刺激值。
三刺激值不是用物理单位而是用色度学单位来度量的。
过去人们在不同的场合对三刺激值的单位有过不同的规定,例如规定匹配某
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