光学基础知识简介

光学基础知识详细版

一、光的本质

光是一种电磁波，是自然界中的一种能量传递形式。光的本质可以通过波动理论和粒子理论来解释。波动理论认为光是一种波动现象，具有波长、频率、振幅等特性；粒子理论则认为光是由光子组成的，光子是光的能量载体。

二、光的传播

光在真空中的传播速度是恒定的，约为299,792,458米/秒。光在不同介质中的传播速度不同，这是由于介质的折射率不同所致。当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，即光线方向发生改变。

三、光的反射和折射

光的反射是指光线在遇到界面时，按照一定规律返回原介质的现象。光的折射是指光线在通过两种不同介质的界面时，传播方向发生改变的现象。光的反射和折射遵循斯涅尔定律，即入射角和折射角满足一定的关系。

四、光的干涉和衍射

光的干涉是指两束或多束相干光波相遇时，由于光波的叠加，形成新的光强分布的现象。光的衍射是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，发生弯曲并绕过障碍物传播的现象。

五、光的偏振

光的偏振是指光波的振动方向具有一定的规律性。自然光是由无数个振动方向不同的光波组成的，因此不具有偏振性。当光波通过某些特殊材料或经过反射、折射等过程后，可以形成具有一定偏振性的光波。

六、光的吸收和发射

光的吸收是指光波在传播过程中，能量被物质吸收的现象。光的发射是指物质在吸收光能后，以光波的形式释放能量的现象。光的吸收和发射遵循一定的规律，如光的吸收强度与光的频率有关，光的发射强度与物质的性质有关。

七、光的成像

光的成像是指利用光学系统（如透镜、反射镜等）使物体发出的光波或反射的光波在另一位置形成实像或虚像的过程。光的成像原理是光的折射和反射现象，通过光学系统可以实现对物体形状、大小、位置的观察和研究。

八、光的测量

光的测量是光学研究中的重要内容，主要包括光强、光强分布、波长、频率、相位等参数的测量。光的测量方法有直接测量和间接测量两种，直接测量是通过光学仪器直接测量光波参数，间接测量是通过测量光波与物质相互作用的结果来推算光波参数。

光学基本概念

发光强度、光通量、光效、照度、亮度的简单介绍

光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。

1、强度（I、Intensity）

单位坎德拉（cd），是点光源的固有属性，表征光线的汇聚能力

定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)

解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。

之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。

用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。很多高I值的LED 并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED

手电有用，但可观察角度也受限。另外，同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。

之所以用发光强度来表示手电或LED，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的。特别的说，距离1m的lx就是cd值。但是，很多场合下我们需要照射面积大一些，所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的能力。比如，同样的筒身，换个大头（大反光杯）则I值马上增大许多。因此，很多情况下我们用光通量（单位流明，见下）来表示手电了。

光照度与勒克斯：

光照度是表明物体被照明程度的物理量。光照度与照明光源、被照表面及光源在空间的位置有关，大小与光源的光强和光线的入射角的余玄成正比，而与光源至被照物体表面的距离的平方成反比。光照度可用照度计直接测量。 光照度的单位是勒克斯，英文lux的音译，也可写为lx 。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上所得的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一方向被照面上的照度。例如摄像、摄影照明灯、手电筒和汽车前灯等都装有反光镜。

以下是各种环境照度值：单位 lux

黑夜 0.001 - 0.02

月夜 0.02 - 0.3

阴天室内 5 - 50

阴天室外 50 - 500

晴天室内 100 – 1000

夏季中午太阳光下的照度 约为109

阅读书刊时所需的照度 50 - 60

电视演播室所需照度 300 – 2000

家用摄像机所需最小照度 0.3 - 1

家用摄像机标准照度 1400

当光源照射在一个物体上时，我们可以测出哪是光源发射的（Lumvnance?D亮度）或哪是物体反射的（Illuminance?D照度）。

（2）照度取决于物体的反射特性。它非常类似于照片，它测量的仅仅是反射光。它通用的单位是勒克斯。

（3）然而，EL灯是一个光源：它应当用亮度单位来表示，也就是fL（英尺朗伯）或cd/m2，也称为“nits”。有些工程师更倾向于用fL，而国际标准组织常用nits。nits与fL转换的公式为：1 nits×0.2919=1 fL；和1

fL×3.426=1 nits[注；这些因数由pi（π）和m2/ft2（0.0929）导出。

（4）很明显，用勒克斯是一个不正确的单位，从勒克斯也不能转换成其它单位。 1 Lux = 1 lumen per square

meter = 0.0929 footcandle 1 footcandle= 1lumen per square foot = 10.764 Lux 1 foot Lambert= 3.426 candelas per

第七章 建筑光学基本知识

1，反射，吸收和透视光通量与入射光通量之比，分布称为光反射比（反射系数），光吸收比（吸收系数），光透射比（透光系数）。它们之和为1。

2，规则反射的特点：1，光线入射角等于反射角。2，入射光线，反射光线以及反射表面的法线处于同一平面。（镜子，透明玻璃，光滑金属表面）

3，按照扩散特性材料分为：漫射材料，混合反射与透射材料。

4，漫反射材料有氧化镁，石膏，大部分无光泽，粗糙的建筑材料。亮度完全相同，看不见光源形象。

5，漫透射材料有乳白玻璃，本透明材料。看不见光源形象或外界事物，只能看见材料的本色和亮度的变化，常用于灯罩，发光顶棚，以降低光源亮度，减少刺眼程度。

6，混合反射和透射材料：反光材料：光滑的纸，较粗糙的金属表面，油漆表面。在反射方向上可以看到光源的大致形象，轮廓不像规则反射材料那样清晰。其他方向类似漫反射具有一定亮度，但不像规则反射材料那样亮度为零。透射材料如磨砂玻璃，可以看到光源的大致形象，但不清晰。

7，避免直接眩光的有效措施：1，限制光源亮度。（采用半透明材料或不透明材料将光源挡住，降低其照度，减少眩光影响）2，增加眩光的背景亮度，减少亮度对比（浅色工作面）3，减小形成眩光的光源试看面积即立体角（橄榄形灯具）4，尽可能增大眩光源的仰角。（提高灯的悬挂高度）

8，避免反射眩光的有效措施：1，尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱规则反射而形成的反射眩光2，应使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的规则反射区域3，使用发光表面面积大，亮度低的光源4，使引起规则反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减小，从而减少反射眩光。

9，颜色的独立属性：色调，明度，彩度

10，加色法的三原色：红，绿，蓝。减法三原色：青色，品红色，黄色。

11，颜色混合的方法：相加混合（光源色），相减混合（物体色）

第八章 天然采光

1，影响室外地面照度的因素：太阳高度，云状，云量，日照率。