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何謂光

Visible Light可見光
光是一種電磁波,廣義上它的波長從幾個納米(nm)至一亳米(um)左右。而人眼所見的波長範圍約380nm至780nm,這只是光的一小部份,我們把這部份光稱之爲可見光。

可見光的波長不同,引起人眼的顔色感覺就不同。單色光的波長由長至短,對應的顔色感覺由紅到紫。一般為:
紅色    780nm~620nm 橙色     620nm~590nm
黃色    590nm~560nm 黃綠色    560nm~530nm
黃色    530nm~500nm 青色     550nm~470nm
藍色    470nm~430nm 紫色     430nm~380nm

上述範圍只是根據習慣上的大致劃分。實際上,隨著波長的變化,顏色是連續漸變的,沒有清楚的界限。

Spectrum 光 譜
人眼所見到的自然光源一般都是由許多單色光組成的複合光源。雷射光可以說是最接近於理想單色光的光源。光源的輻射能隨波長分布的關系,稱為光譜分布(或稱光譜密度)X(λ)。根據輻射量的不同,X(λ)可以是光譜功率P(λ)(光譜輻射通量Φ(λ))、光譜輻射强度I(λ)、光譜輻亮度L(λ)和光譜輻照度E(λ)等等。光譜輻射量最大處所對應的波長,稱為峰波長λ0,當在該波長的左側λ1和右側λ處的光譜輻射量為最大值的 ½ 時,所對應的這兩個波長間隔(λ-λ1)稱為該譜線半峰值寬度,也即為譜線帶寬,如圖2所示。

一般,光源的光譜分布可分成三種類型:
• 線光譜 :由若干條明顯分隔的細譜線組成,譜線帶寬一般小於1nm,如低壓汞燈的可見光
  譜分布就是由404.7nm、435.9nm、546.1nm、577nm、579nm等譜線構成。
• 帶光譜 由一些譜帶組成,光譜帶寬一般為數nm至數十nm,如節能燈中的稀土三基色藍
  粉的發光光譜。
• 連續光譜 :太陽和白熾燈等熱輻射光源的光譜連續光譜。
• 混合光譜:它由連續光譜、帶光譜或線光譜組合而成,日常熒光燈的光譜就屬於這種分布。

光源的光譜分布既是它本身光色的決定因素,又是在它照明下觀察物體時,影響物體顏色的重要因素之一。一定光譜分布的復色光,有確定的顏色與之對應;但是反過來,一種顏色感覺並不只對應一種光譜分布的光;也就是說,兩種光譜分布完全不同的復合光,有可能引起的顏色感覺完全一樣。譬如,兩種熒光燈盡管所用的熒光粉不同,每一波長處的光譜輻射不一樣,但有相同的顏色,這就是同色導譜特性。另一方面,上述兩種顏色相同的熒光燈,照明某一種顏色的物體時,物體表面所呈現出的顏色也不一定相同,特別是照明反射光譜選擇性明顯的物體時,上述普通熒光燈和稀土三基色熒光燈可能表現出明顯顏色差別,這也就是光源的演色性差異。 光譜分布相同的光源,有相同的顏色和演色性。

Ultraviolet紫外線
波長小於可見光譜的電磁輻射,稱為紫外線(或紫外光)。由於大氣吸收200nm以下的紫外光,所以通常所說的紫外線為波長200nm~380nm的光輻射,小於200nm的光輻射稱為真空紫外線。 紫外光的波長短,光子能量大,粒子性明顯,其光電效應、光生物效應及光化學效應較強。國際照明委員會把紫外線光譜分為三個區域,如圖3所示。

UV-A波段紫外線生物作用較弱,它對人體照射後,使皮膚發黑,並產生明顯的色素沉澱,同時促進皮膚新陳代謝、皮膚生長力強和使皮膚加厚。此外,該波段紫外線還可治療牛皮癬(銀屑病)、白癜風等病症。
UV-B波段紫外線對人體的生理作用較強,使皮膚機體產生光化學和光電過程,生成許多活性物質,對神經、內分泌及循環系統等都可起到良好的作用。所以常把該波段的紫外線稱為保健射線。該波段紫外線照射人體後,可引起皮膚發紅,產生紅斑效應,另一方面又使皮膚內的7-脫氫麥角膽固醇轉化為維生素D3或D2,促進人體的正常鈣磷循環,對室內工作人員、孕婦、幼兒等尤其重要。
UV-C波段的紫外線光子能量大,生物效應顯著。微生物吸收該波段的紫外線後,會使細胞內的核蛋白和核糖核酸(DNA)之間的鏈被打開断裂,從而導致死亡。所以,又往往將該波段的紫外線叫做滅菌紫外線。當然,人體照射該波段的紫外線後,也會引起皮膚損壞及角膜發炎等病症。

Human Vision 人眼的視覺
人眼為什麼可以看見可見光而產生對顏色的感覺呢?原來,光輻射經過眼球後照射在視網膜上。視網膜上布滿了大量極細的視神經細胞,視神經細胞分為杆狀細胞和錐狀細胞。杆狀細胞主要決定人眼對弱暗光的視覺反應,錐狀細胞主要決定人眼對明亮光的視覺反應。這些細胞中都含有感光物質,當光線照到視網膜上時,感光物質發生化學變化,刺激神經細胞,再由神經傳到大腦,產生視覺。視神經細胞對不同波長的感光靈敏度不同,綠光最高,而對藍光和紅光的靈敏度則低得多。圖4為CIE推荐的人眼的相對光譜光視效率函數曲線,稱為“明視覺光譜光視效率函數曲線V(λ),和暗視覺光譜光視效率V'(λ)。

人眼對顏色的感覺主要由錐體細胞起作用,而且錐體細胞只有當亮度大於幾個cd/m2以上時才起作用。根據三色學說及多年來的大量實驗証明,人眼視網膜上含有三種不同類錐體細胞,分別含有三種不同的視色素,這三種不同光譜敏感性的視色素的光譜吸收峰值分別約在440~450nm;560~570nm;650-680nm處,分別稱為親藍、親綠、親紅視色素。外界光輻射進入人眼時被三種錐體細胞按它們各自的吸收特性吸收,細胞色素吸收光子後引起光化學反應,視色素被分解漂白,同時觸發生物能,引起神經活動,將視覺信息通過雙極細胞和神經節細胞傳至神經中樞,引起顏色刺激。