光学知识.doc

1、一、光与空间光蕴含着能量、生命以及信息。天然光具有理想的品质和特性，为优化人造光源提供了基准二、电磁光谱可见光仅仅是电磁辐射中的一小部分，其亮度和颜色能够被人眼所感知到。电磁辐射是能量的一种形式，该辐射的光谱表述了它的能量构成。电磁辐射的全光谱范围很广，涵盖了能量较高的短波 X 射线辐射以及能量较低的长波无线电波。辐射与人的感知我们对光的感知实质上是把光通过棱镜分光的方式分解成各种光谱成分。我们的大脑为这些光谱中的不同成分分配特定的颜色。光速是光在真空中的传播速度，近似为每秒300,000千米。实际上，所有的电磁波都是以这个速度传播的。地球距离太阳约为1亿5 千万千米，光从太阳到达地球大约需要

2、8 分钟光谱光与辐射 光就是人眼能够感知到的电磁辐射，其波长范围大约在380 nm 至780 nm。可见辐射的光谱范围没有非常精确的界限，因为视网膜接收到的辐射功率以及观测者的视觉灵敏度存在一定的影响。为了能够感知到光，人眼中包含了两种感光器：锥状细胞使我们能够看到各种颜色（“明视觉”） ，在波长555 nm 的黄绿光谱区域，其灵敏度最高（天然光曲线 V (l)） 。灵敏度极高的杆状细胞使我们看到的是黑白的画面（“夜间视觉” ） ，在波长l = 507 nm 的绿光光谱区域，其灵敏度最高（夜间视觉曲线 V (l)） 。Spectral sensitivity curves V (l) and

3、V (l) for the human eyeComplete spectrum of electromagnetic radiation and the spectrum of visible light光的波长描述 波长范围紫外线辐射 - C (UV-C) 100 - 280 nm紫外线辐射 - B (UV-B) 280 - 315 nm紫外线辐射 - A (UV-A) 315 - 380 nm可见光 380 - 780 nm红外线 A (IR-A) 780 nm - 1.4 mm红外线 B (IR-B) 1.4 - 3 mm红外线 C (IR-C) 3 mm - 1 mm眼睛眼睛是一种光

4、学系统，能够在视网膜上产生图像。它由各种不同的部分组成，包括角膜、水状体、虹膜、晶状体以及玻璃体等，使眼睛能够针对以105系数变化的照明水平简单而快速地做出反应。眼睛能够感知的最小照度为10-12勒克斯（相当于夜空中黯淡的星光） 。三、光的基础理论辐射度学参数和光度学参数之间存在着差别。辐射度学参数是纯粹的技术参数，不涉及光对人类的影响作用。这些参数可从功率单位瓦特推导得到。而光度学参数则往往需要考虑到人眼的光谱响应曲线（V()曲线） 。因此，光度学参数与人类的视觉灵敏度有着特殊的联系。光度学参数是从光通量单位流明推导得到。光谱响应曲线是由以下关系产生的：人眼可以看到的辐射位于波长380 nm

5、 的蓝光至波长780 nm 的红光区域内。在波长555 nm 附近的绿光光谱区域，人眼的灵敏度最高。而在波长更长或更短的区域内，人眼的灵敏度降低，这就表示在这些波长区域内需要更高的辐射功率才能获得同等的亮度感受。在可见光区域内，555 nm（1 nm = 10-9 m）处的辐射功率与其它波长处的辐射功率之比称为光谱灵敏度 V ()，其构成的曲线就称为 V ()曲线。We shall restrict our attention here to the photometric values1.度量参数公式单位类型 值 符号 公式 名称 单位：辐射值 光通量 F F= I W Lumen 流明 l

6、m发送方值 发光强度亮度ILI=F/WL=I/ACandela 堪Candela pro square meter堪/平方米cdcd/m2接受方值 照度 E E=F/A Lux 勒克斯 lux光强是指光源在某一特定方向上的光通量，与感光器的尺寸无关。它可以用一个矢量来表示。如果我们将光源在某个平面内的所有光强矢量的终端相连接，就可以得到光强分布曲线。光通量表示的是一个光源在各个方向上发出的辐射功率之和。该辐射涉及到人眼的灵敏度。其它所有的光度学参数都是从这个基本参数推出的。照度是一个纯粹的物理测量参数，是光通量与被照面积的比值，与表面的反射系数无关。当1 流明的光通量均匀地照射到 1 m2的面

7、积上，则照度就是1勒克斯。照度与光源和被照表面的距离的平方成反比。亮度表示的是光源或被照表面的光强，且与观测面积有关。对于人类来说，只有当辐射进入眼睛后，光才能够被看见。光源 平均亮度cd/m2中午的阳光 1,6 109短弧氙灯 1,5 108 - 2,7 109短弧金属卤化物灯 HMI, HTI5 107 - 1 108金属卤化物灯 HQI 5,3 106透明白炽灯 2 106 - 2 107磨砂白炽灯 5 104 - 4 105低压钠灯 7,5 104荧光灯 / 紧凑型荧光灯 1,2 104 - 1,4 104亮白云 1 104烛光 7.500晴朗的天空 3.000 - 5.000月光 2

8、.500辉光放电灯 200 - 600夜空 10-3照度的计算比较简单。而亮度的大小则取决于被照材料的反射特性和反射系数，但这些变量通常是未知的。因此，照明设计师在设计室内照明系统时，通常以照度来作标准。2.品质参数这些参数定义了光源发出的光的品质。高品质的光能够同正午时分的自然光一样，真实地呈现物体的颜色。品质参数值 符号 单位色温 TF K显色指数 Ra 1对光源的评估黑体能够吸收所有照射到其表面上的辐射。黑体也是完全辐射体，因此它代表了一种理想的光源。热辐射体是一种由于固体本身具有高温而发出辐射的光源（例如，钨丝） 。黑体清楚地阐释了一个热辐射体的辐射光谱。太阳以及所有的白炽灯和卤钨灯发

9、出的光谱，都与黑体的发射光谱非常相似。因此，将一个光源与天然光相比较，类似于将它与黑体相比较。白光可以用棱镜来将其分解成各种光谱成分。相反地，把一个辐射光源的所有光谱成分叠加在一起，就能产生某种颜色（举例来说，日光显示出白色） 。增加黑体的温度，能够产生不同的光谱。所有这些光谱的光都能在观测者的眼中形成不同的颜色印象。想象铁匠正在打造一块马蹄铁。首先，这块铁先变红，然后随着温度上升而变黄，直到最后变成炽热的白色。每个温度对应了不同的光谱，而每个光谱则依次对应了色三角中位置。如果把所有的位置都联合起来，就能够得到普朗克曲线。Spectrums of the Planckian curve为了确定

10、光源的色温，把该光源的光谱所对应的色三角中的颜色位置与不同温度的黑体的颜色位置进行比较。如果光源的光谱无法与黑体的进行比较，那么就采用等色温线来确定光谱（假定是放电灯的）对应的最接近的色温。黑体，如太阳或卤钨灯等，能够准确地呈现物体的颜色，因为它们发射的是连续光谱。如果一个光源不能发射全光谱中的所有颜色，那么一些物体就无法像在连续谱照射下那样显示出真实的颜色。光源的显色指数表示的是这个光源偏离理想光源的程度。在对比测试中，测量了8种测试颜色在待测光源照明下的反射光谱，并与给定参考光源照明情况下的值进行比较。被测光源的色温应该与参考光源的色温尽可能接近（相关色温） 。测量出来的偏差采用标准的程序来进行评估。如果两种光源的光谱是相同的，那么显色指数（Ra）就是100。而这个指数一般都小于100。黑体的显色指数最高（Ra=100 ） 。显色指数测试颜色测试颜色R1 暗玫瑰色 R5 青绿色