1、光學測試光學測試技術技術 南昌航空大學南昌航空大學任尚坤任尚坤課程體系課程體系1 紅外物理基礎紅外物理基礎 4 學時學時2 光學基礎光學基礎 8 學時學時3 紅外檢測技術紅外檢測技術 6 學時學時4 激光全息干涉檢測激光全息干涉檢測 8學時學時5 激光散斑檢測原理及技術激光散斑檢測原理及技術 6 學時學時 合計合計 32 學時學時參考書目參考書目全息和散斑檢測全息和散斑檢測 機械工業出版社機械工業出版社 光學測試技術光學測試技術，浦昭邦，浦昭邦， 機械工業出版社機械工業出版社 答疑地點：逸夫樓答疑地點：逸夫樓207，213房間房間答疑時間：隨時、上班時間、晚上答疑時間：隨時、上班時間、晚上聯系

2、電話：聯系電話子郵箱：電子郵箱：袁麗華袁麗華老師老師第一一章章 紅外物理基礎紅外物理基礎第一節第一節 紅外輻射度學基礎紅外輻射度學基礎第第三三節節 熱輻射的基本規律熱輻射的基本規律第第二二節節 紅外輻射源紅外輻射源第第四四節節 紅外輻射的傳輸紅外輻射的傳輸作業思考題作業思考題 (1)人眼的視網膜上人眼的視網膜上分布有哪兩種分布有哪兩種感官細胞感官細胞，各有什么，各有什么特點？特點？(2) 視見函數視見函數(光視效率光視效率) 有什么特征？有什么特征？(3). 在明視條件下在明視條件下, 波長為波長為555nm, 輻射功率為輻射功率為10W,

3、問問輻輻射射光通量為光通量為 lm? 如果波長移動，視見函數變如果波長移動，視見函數變為為0.5，輻射輻射功率不變，功率不變，對應的光通量為對應的光通量為 lm? (4) 功率為功率為25W的燈泡，設平均視見函數為的燈泡，設平均視見函數為0.5，沿各個，沿各個方向發光均勻，其發光強度為多少方向發光均勻，其發光強度為多少 cd？：？： 8=25 , Km =680 lm/W。第一節第一節 紅外輻射度學基礎紅外輻射度學基礎二二. 光光譜光視效率譜光視效率視見函數視見函數三三. 紅外輻射度學紅外輻射度學的基本物理量的基本物理量一一. 基本概念基本概念光輻射光輻射光能量的傳播過程光能量的傳播過程稱為光

4、輻射稱為光輻射 可見光可見光波長在波長在 380nm780nm之間之間人眼人眼對可見光對可見光的主觀感覺的主觀感覺： 紅紅、 橙橙、黃黃、綠綠、青青、藍藍、紫紫一一. 基本概念基本概念光光 廣義廣義的光的光是一種電磁波是一種電磁波, ,俠義的光俠義的光是是某一波段的熱輻射某一波段的熱輻射 表表1 1-1-1 熱輻射波長及其性質熱輻射波長及其性質波寬波寬1000 m140 nm40nm60nm45nm顏色顏色紅外紅外m紅色紅色nm橙色橙色nm黃色黃色nm 綠色綠色nm波長波長0.78-1000640-780600-640540-600495-540顏色顏色青色青色nm藍色藍色nm紫色紫色nm紫外

5、紫外nmX光光nm波長波長460-495440-460380-440100-38010-100波寬波寬35nm20nm60nm280nm90nm電磁波譜光度學量光度學量表示表示電磁輻射能引起人眼刺激大小的度量電磁輻射能引起人眼刺激大小的度量，它在它在物理量上與電磁輻射的物理量上與電磁輻射的輻射輻射度學量度學量是是對應對應的。的。光源光源能產生光輻射的系統能產生光輻射的系統。它的質量好壞對光電系統測量它的質量好壞對光電系統測量精度有很大影響。精度有很大影響。 光度學光度學是研究光度測量的一門科學是研究光度測量的一門科學，是表示可見光的。，是表示可見光的。輻射源輻射源能產生能產生能量能量輻射的系統

6、輻射的系統，稱為輻射源，稱為輻射源。 輻射輻射度學度學是研究是研究輻射輻射度測量的一門科學度測量的一門科學，是表示熱，是表示熱輻射的。輻射的。輻射輻射度學量度學量是表示能量輻射的度量是表示能量輻射的度量桿狀細胞桿狀細胞-靈敏度高靈敏度高,它能感受微弱光剌激它能感受微弱光剌激,錐狀細胞錐狀細胞-感光靈敏度低感光靈敏度低,但能很好地區別顏但能很好地區別顏 色和辨別被視物的細節。色和辨別被視物的細節。感光靈敏度感光靈敏度對光刺激的反應程度對光刺激的反應程度 視覺神經對不同波長光的感光靈敏度不視覺神經對不同波長光的感光靈敏度不一樣一樣, ,對綠光最靈敏對綠光最靈敏, ,而對紅、藍光靈敏度最而對紅、藍光

7、靈敏度最低。低。感官細胞感官細胞在在人眼的視網膜上人眼的視網膜上對光具有感知功對光具有感知功 能的細胞，稱為能的細胞，稱為感官細胞感官細胞。光視效率光視效率或或視見函數視見函數是是人眼對各種波長光的人眼對各種波長光的相對靈敏度相對靈敏度，表示靈敏度隨波長關系的函數，表示靈敏度隨波長關系的函數 二二.光譜光視效率光譜光視效率光能屬于輻射能，是輻射能的一部分，輻射能包含光能光能屬于輻射能，是輻射能的一部分，輻射能包含光能 在明視情況在明視情況, 人人眼的敏感波長眼的敏感波長,即即光光譜光視效率譜光視效率峰值對峰值對應的波長在應的波長在 555nm 處。處。 在暗視情況在暗視情況, 人人眼的敏感波長

8、在眼的敏感波長在507nm 處處視見函數視見函數(光視效率光視效率) 的特征的特征1. 視見函數與環境亮度有關視見函數與環境亮度有關2. 視見函數存在極大值，視見函數存在極大值，3. 視見函數亮視情況的視見函數亮視情況的極大值極大值 為為555nm,暗視情暗視情況的極大值對應況的極大值對應507nm三三. 光度光度學、輻射度學學、輻射度學的基本物理量的基本物理量1. 光量光量(Qv) 2. 光通量光通量 (v)3. 光強度光強度 (IV)4. 光亮度光亮度 (LV)5. 出射度出射度(MV)6. 照度照度 (Ev)7. 曝光量曝光量(HV)1. 輻射能量輻射能量(Q) 2. 輻射輻射通量通量

9、()3. 輻射輻射強度強度 (I)4. 輻射輻射亮度亮度 (L)5. 輻射出射度輻射出射度(M)6. 輻射輻射照度照度 (E)7. 曝輻射量曝輻射量 (H)1. 光量光量(Qv） 是指光的能量是指光的能量, 光量的單位光量的單位： 是流是流明明秒秒(lm.s) 光量是光通量光量是光通量 對時間的積分對時間的積分1. 輻射量輻射量(Q) 是指是指熱輻射熱輻射能量能量, 輻射輻射量的單位量的單位： 是是焦耳焦耳(J=W.s) 輻射輻射量是量是輻射輻射通量通量對時間的積分對時間的積分2. 2. 光通量光通量 ( (v v)-)-輻射輻射通量通量 ( (e e) )光通量光通量又稱為光功率又稱為光功率

10、, 單位為流明單位為流明 (lm), 電磁輻射的電磁輻射的輻射通量輻射通量單位是瓦單位是瓦 (W) 光通量光通量與與輻射通量輻射通量之間的關系可以用下式來表示之間的關系可以用下式來表示 :VKemVdVKemV78. 038. 0)()(對單色光：對單色光：對對單復光單復光：dVKemV78. 038. 0)()(式中式中,V()是視見函數是視見函數Km是光功當量是光功當量, 它表示人眼在明視條件下它表示人眼在明視條件下, 在波長為在波長為555nm時時, 光輻射所產生的光感光輻射所產生的光感覺效能覺效能, 按國際溫標按國際溫標 Km =680 lm/W。即是即是1瓦光功率對應瓦光功率對應68

11、0 lmdVKemV78. 038. 0)()(對某單色光，視見函數為常數，設為對某單色光，視見函數為常數，設為0.5，則：，則：即是即是1瓦光功率對應瓦光功率對應680/2=340 lmmVK5 . 0e 在明視條件下在明視條件下, 波長為波長為555nm, 設視見函數為設視見函數為1，設設光光功率功率為為10W, 對應的光通量為對應的光通量為 lm? 對應的輻射通量為對應的輻射通量為 W? 如果波長移動，視見函數變為如果波長移動，視見函數變為0.5，光光功率功率10W不變，對應的輻射通量為不變，對應的輻射通量為 W？ 如果波長移動，視見函數變為如果波長移動，視見函數變為0.1，輻射功率，輻

12、射功率10W不變，不變，對應的光通量為對應的光通量為 lm? 問題：問題：1已知光功當量：已知光功當量：Km =680 lm/W 在明視條件下在明視條件下, 波長為波長為555nm, 設視見函數為設視見函數為1，光光功率功率為為10W, 對應的光通量為對應的光通量為 6800 lm?，對應的輻射通量為對應的輻射通量為 10 W? 如果波長移動，視見函數變為如果波長移動，視見函數變為0.5，光光功率功率10W不變，不變，對應的對應的輻射輻射通量為通量為 20 W？ 如果波長移動，視見函數變為如果波長移動，視見函數變為0.1，輻射功率，輻射功率10W不變，不變，對應的光通量為對應的光通量為 680

13、 lm? 問題：問題：1已知光功當量：已知光功當量：Km =680 lm/W3. 光強度光強度 (IV)輻射輻射強度強度 (Ie) 光強度光強度-點光點光源源在給定方向上單位立體角內輻射的光通量在給定方向上單位立體角內輻射的光通量, , 是表示光源性質的量。是表示光源性質的量。 ddI光通量光通量的的單位為單位為坎德拉坎德拉 ，candela=cd1坎德拉坎德拉(cd)相當于均勻點光源在單位立體角相當于均勻點光源在單位立體角內發出內發出1流流明的光通量。明的光通量。輻射輻射強度強度-點輻射源點輻射源在給定方向上單位立體角內的在給定方向上單位立體角內的熱熱輻射通輻射通量量, ,是表示輻射源輻出能

14、力的量。是表示輻射源輻出能力的量。 問題問題2 已知一均勻發光點光源的發光強度為已知一均勻發光點光源的發光強度為1 cd，該光源的光通量該光源的光通量(光功率光功率)為多少為多少 lm？ VVI4 測量點光源測量點光源P的發光強度時，在的發光強度時，在A點和在點和在B點測點測量結果相同嗎？量結果相同嗎？ 問題問題3 均勻點輻射源，距離我們越遠，輻射強度均勻點輻射源，距離我們越遠，輻射強度越小，對嗎？越小，對嗎？ 輻射源距離我們越遠，輻射強度不變，但進入人眼的輻射通量減少了輻射源距離我們越遠，輻射強度不變，但進入人眼的輻射通量減少了 問題問題4 設功率為設功率為25W的燈泡，設平的燈泡，設平均視

15、見函數為均視見函數為0.5，沿各個方向發，沿各個方向發光均勻，問其發光強度和輻射強度光均勻，問其發光強度和輻射強度分別為分別為 cd和和 瓦瓦/弧度？弧度？VVI4=12.5 。問題問題4 設功率為設功率為25W的燈泡，設平的燈泡，設平均視見函數為均視見函數為0.5，沿各個方向發，沿各個方向發光均勻，問其發光強度和輻射強度光均勻，問其發光強度和輻射強度分別為分別為 680 cd 和和 2 瓦弧瓦弧/度度VVI4=12.5 。4. 光亮度光亮度 (LV)光亮度光亮度 Lv ：光強度光強度 dIv與面元與面元ds 在在垂直于發光垂直于發光強度方向平面強度方向平面上的投影面積之比上的投影面積之比,

16、即即 coscos2dsdddsdILVVV光亮度的單位為光亮度的單位為: :cd.m-2 或者或者lm/srm2在法線方向上單位面積的發光強度在法線方向上單位面積的發光強度ddIVV 光亮度光亮度 是描述發光面性質的，與測量光亮是描述發光面性質的，與測量光亮度的方向無關。度的方向無關。 發光面的發光強度隨發光面積的增加而增加；發光面的發光強度隨發光面積的增加而增加；發光面的亮度不隨發光面積的增加而變化，是恒定值發光面的亮度不隨發光面積的增加而變化，是恒定值問題問題5：LdsdIV1)通過通過S1和和S2的光通量哪個大？的光通量哪個大？2) 問問S1, S2哪個面的光亮度較大？哪個面的光亮度較

17、大？3) 問問S1, S2哪個面的發光強度大哪個面的發光強度大？dsdddsdILVVV2在在S1看看S2光束是匯聚的，光束是匯聚的，S2較亮；在較亮；在S2看看S1光束是發散的，光束是發散的，S1較暗。較暗。問題問題5：LdsdIV1)通過通過S1和和S2的光通量哪個大？的光通量哪個大？ 相同相同2) 問問S1, S2哪個面的光亮度較大？哪個面的光亮度較大？ 相同相同3) 問問S1, S2哪個面的發光強度大哪個面的發光強度大？ S2強度大強度大dsdddsdILVVV2在在S1看看S2光束是匯聚的，光束是匯聚的，S2強度較大；在強度較大；在S2看看S1光束是發散的，光束是發散的，S1強度較小

18、。強度較小。光出射度光出射度是指單位面積光源所輻射的光通量，是指單位面積光源所輻射的光通量，單位為單位為lmm-2(每平方米流明每平方米流明)， 輻射輻射出射度出射度是指單位面積是指單位面積輻射源的輻射通量，輻射源的輻射通量，單位為單位為Wm-2(每平方米瓦每平方米瓦)， 以上五個光度參數都是光源向外發射光的特以上五個光度參數都是光源向外發射光的特性參數。性參數。5. 光出射度光出射度(MV) -輻射出射度輻射出射度(M)dAdEVV6. 照度照度 (Ev) 輻射照度輻射照度(Ee) 照度照度是投射到單位面積上的光通量是投射到單位面積上的光通量, 接收面元的面積是接收面元的面積是為為dA, 那么照度那么照度單位為勒克斯單位為勒克斯Lx=lmm-2或者說接受光的面元上單位面積被輻射的光通量。或者說接受光的面元上單位面積被輻射的光通量。若若輻射光通量為輻射光通量為dv輻射輻射照度照度是投射到單位面積上的是投射到單位面積上的輻射輻射通量通量, 7. 曝光量曝光量(HV) dtEHtVV0曝光量曝光量-為照度對時間的積分為照度對時間的積分, 為單位面為單