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光的基本概念


定義:

光是指特定波段的的電磁波譜。光是由光子為基本粒子組成,具有粒子性與波動(dòng)性,稱(chēng)為波粒二象性。


特性:

波粒二象性


波動(dòng)性:

光是一種電磁波。不同的光都有一定的波長(zhǎng)和頻率。

光的波動(dòng)性能夠說(shuō)明光的傳播、干涉、衍射、散射、等許多現(xiàn)象。

LED照明應(yīng)用:光的顏色、波長(zhǎng)、頻率、光學(xué)模擬軟件應(yīng)用等。

粒子性:

光是由“光子”組成的。

光的粒子性能很直觀地解釋光的直進(jìn)及反射折射等現(xiàn)象。

LED照明應(yīng)用:LED發(fā)光原理、LED透鏡、LED燈具的發(fā)光角度等。

光具有波粒二象性,即既可把光看作是一種特定頻率的電磁波,

也可把光看成是一個(gè)粒子,即光量子,簡(jiǎn)稱(chēng)光子。


光的頻譜


光是一種電磁波,覆蓋著電磁頻譜一個(gè)相當(dāng)寬的范圍,

從X射線到遠(yuǎn)紅線,只是波長(zhǎng)比普通無(wú)線電波更短。


可見(jiàn)光的頻譜


日常生活中可以看到的光,我們稱(chēng)為可見(jiàn)光。波長(zhǎng)范圍是380nm-780nm。光的傳播需要媒介,在真空中的傳播速度是3*108m/S


光的穿透力:

頻率越低的波的穿透能力越強(qiáng), 反之則越弱

紅外線的頻率比紫外線高 所以紫外線的穿透能力強(qiáng)一些


光源  

定義:物理學(xué)上指能發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的電磁波(包括可見(jiàn)光與紫外線、紅外線、X光線等不可見(jiàn)光)的物體。

種類(lèi):

  第一種是熱效應(yīng)產(chǎn)生的光,比如太陽(yáng)光,此外蠟燭等物品也都一樣,此類(lèi)光隨著溫度的變化會(huì)改變顏色。

  第二種是原子發(fā)光,熒光燈燈管內(nèi)壁涂抹的熒光物質(zhì)被電磁波能量激發(fā)而產(chǎn)生光,此外霓虹燈的原理也是一樣。原子發(fā)光具有獨(dú)自的基本色彩。

  第三種是同步加速器(synchrotron)發(fā)光,同時(shí)攜帶有強(qiáng)大的能量,原子爐發(fā)的光就是這種,但是我們?cè)谌粘I钪袔缀鯖](méi)有接觸到這種光的機(jī)會(huì)。


光源的分類(lèi)

自然光:太陽(yáng)光、熒火蟲(chóng)等。


人造光:電致發(fā)光、熱致發(fā)光等。


人與光

光合作用;

人接受外界的信息,有90%以上是通過(guò)眼睛視覺(jué)來(lái)完成的


眼睛是一種光學(xué)系統(tǒng),能夠在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生圖像。


人的感觀。根本上是人的視覺(jué)神經(jīng)對(duì)不同波長(zhǎng)的光束在大腦中形成的不同映像。不同的光束能量會(huì)反映出不同的色度、亮度等。


明視覺(jué)與暗視覺(jué)

當(dāng)光亮度大于3cd/m2時(shí),錐狀細(xì)胞起主要作用。

敏感的光譜范圍是380nm-780nm

在555nm處最敏感,且能分辨出各種顏色。這種視覺(jué)稱(chēng)為明視覺(jué)


當(dāng)光亮度小于0.001cd/m2時(shí),柱狀細(xì)胞起主要作用。

敏感的光譜范圍是330nm-730nm

在507nm處最敏感,但不能分辨出各種顏色。這種視覺(jué)稱(chēng)為暗視覺(jué)。


人眼對(duì)物體感知顏色的反應(yīng)發(fā)光源發(fā)出的光到人眼中的色彩?不能發(fā)光物體到人眼中的色彩?

 

常用光學(xué)術(shù)語(yǔ)

基本光度學(xué)的量、定義、單位和符號(hào)


一、光通量

定義:發(fā)光強(qiáng)度為1的光源在立體角元內(nèi)發(fā)出的光。

符號(hào):Φ

單位:lm


光通量是能量的單位,

即:光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光亮總和。

它是指人眼所能感覺(jué)到的光的輻射功率,等于單位時(shí)間內(nèi)某一波段的輻射能量

和該波段的相對(duì)視見(jiàn)率的乘積。

人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光的相對(duì)視見(jiàn)率不同,所以不同波長(zhǎng)光的輻射功率相當(dāng)時(shí),

其光通量并不相等。


二、發(fā)光強(qiáng)度

定義:1cd是指單色光源在給定的方向上的單位立體角內(nèi)發(fā)出光的強(qiáng)度。

      單色光源的波長(zhǎng)為:0.55微米,

      給定方向的輻射強(qiáng)度為:1瓦/683球面度

符號(hào):I

單位:cd/mcd


發(fā)光強(qiáng)度是針對(duì)點(diǎn)光源而言的一個(gè)單位,具有方向性。它和光通量沒(méi)有直接

的關(guān)系。但是發(fā)光強(qiáng)度與發(fā)射角建立關(guān)系的話,可以簡(jiǎn)單理解為

發(fā)光強(qiáng)度為:某特定方向的光通量與該立體角元之商。


三、照度

定義:照度指物體被照亮的程度,采用單位面積所接受的光通量來(lái)表示

符號(hào):E

單位:lx/lux


1 lx等于 1 lm的光通量均勻分布于 1m2 面積上的光照度。

照度是以垂直面所接受的光通量為標(biāo)準(zhǔn),若傾斜照射則照度下降。


四、亮度

定義:人眼從某個(gè)方向上觀察光源(反光體),在這個(gè)方向上的光強(qiáng)與人眼

所“見(jiàn)到”的光源面積之比,即單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度。

符號(hào):L

單位:cd/m2

*亮度是一個(gè)主觀的量。它是顏色的一種性質(zhì),用來(lái)定義人對(duì)顏色的主觀明亮

感覺(jué)。

*人眼感知的亮度與光強(qiáng)成指數(shù)關(guān)系,而物理學(xué)定義的亮度與光強(qiáng)成正比。


光通量→發(fā)光強(qiáng)度→照度→亮度


五、色溫

定義:色溫是按絕對(duì)黑體來(lái)定義的,光源在可見(jiàn)區(qū)的輻射與絕對(duì)黑體的輻射完全相同時(shí),此時(shí)黑體的溫度就稱(chēng)為此光源的色溫。

符號(hào):Tc

單位:K

*色溫是表示光源光譜質(zhì)量的通用指標(biāo),它是用來(lái)量度和計(jì)算光線顏色成分

的方法。光源色溫不同,光色也不同,帶來(lái)的感覺(jué)也不同,它只是用來(lái)表示

顏色的視覺(jué)印象。

*燭光:1930K、鎢絲燈:2760-2900K、熒光燈:3000K

閃光燈:3800K、中午陽(yáng)光:5600K、電子閃光燈:6000K

藍(lán)天:12000-18000K


六、顯色指數(shù)

定義:也可叫顯色性,是光源對(duì)物體的顯色能力的一個(gè)衡量指標(biāo)。

符號(hào):Ra

*光源發(fā)射的光譜內(nèi)容決定了光源的光色,光色可由幾個(gè)或多個(gè)單色的光波混成,這樣不同光譜的光源,對(duì)特定顏色的物體顯色性就有區(qū)別。

如:RGB混成的白光與連續(xù)的太陽(yáng)光譜對(duì)比或藍(lán)光加黃色熒光粉的對(duì)比

*可簡(jiǎn)單理解為顯色指數(shù)是光源對(duì)物體真實(shí)顏色的還原程度。

*理想光源的顯色指數(shù)為100。


色溫與顯色性:


不同光的光譜:

太陽(yáng)光譜:

特點(diǎn):各波段光譜都很平均豐富

所以:顯色性Ra=100,

色溫為5500K左右



白熾燈光譜:特點(diǎn):各波段光譜都具備,550nm

以上黃光波較多

所以:顯色性Ra=100

色溫為3300K左右



熒光燈光譜:

特點(diǎn):各波段光譜都具備,750nm

以上較少,450nm到650nm 波段豐富

所以:顯色性Ra=90

色溫為4300K左右



金鹵燈光譜:

特點(diǎn):各波段光譜都具備,

500nm到700nm 波段豐富

所以:顯色性Ra=85

色溫為3300K左右



鈉燈光譜:特點(diǎn):缺失部分波段光譜,

410nm以下波段缺失

550nm以下較少

550-700nm波段相對(duì)較多

所以:顯色性Ra=30色溫為2500K左右



結(jié)論:

通過(guò)以上各種不同光源的光譜比較可以看出,光譜決定了光源的色溫


和顯色性。



感謝作者:陳浩杰

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