光学设计光学
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射称为可见辐射。这种来及外界的可见光辐射刺激人 的视觉器官，在脑中产生光、颜色、形状等视觉印象， 而获得对外界的认识。 不可见辐射（紫外线、红外线）： 不能为眼睛感受，也不产生视觉的光学辐射称为 不可见辐射。这种辐射刺激眼睛时不产生视觉，而作 用在皮肤上有时会产生其它感觉，如紫外线产生疼痛 感觉，红外线长生灼热感觉。
3.1 辐射度学与光度学
3.2 辐通量与光通量
1、辐通量Φe （辐射功率）：单位时间内光源
发出或通过一定接收截面的辐射能，单位为W
（瓦特）。 e e ()d
谱密度， 光谱分布
3.2 辐通量与光通量
S()
e KS S()d e () KS S()
3.2 辐通量与光通量
3.2 辐通量与光通量
1.2 人的视觉
2、人眼视网膜上有二种感光细胞：杆体细 胞和锥体细胞。
杆体细胞：只在较暗条件下（在亮度为 0.001cd/m2以下）起作用，适宜于微光视觉， 感光灵敏度高，仅能分辨明暗，不能分辨颜色 和细节。杆体细胞不能分辨色彩的原因是因为 它只含有一种类型的感光色素，这些感光细胞 集中在视网膜的外围部分，引起的是外围视觉。
1.2 人的视觉
总结：
视网膜 ：杆体细胞 + 锥体细胞
杆体细胞：感光灵敏度高（暗视觉 ）， 不能分辨细节， 不能分辨色彩。
锥体细胞：感光灵敏度低（明视觉 ）， 能分辨细节， 能分辨色彩。
锥体细胞可分敏红、敏绿、敏蓝细胞
2 人的视觉
4、视觉适应
在变化的各种亮度、光谱分布、视觉刺 激下，视觉系统会相应地做出调整以适 应这种变化过程。
1 可见光
可见光谱：在 电磁辐射范围 内，只有从 380-780 (nm) 波长的电磁辐 射能够引起人 的视觉，这段 波长叫做可见 光谱。
1 可见光
光学辐射：指波长为 1纳米到1毫米范围的电磁辐射， 它主要包括紫外辐射、可见辐射和红外辐射等部分。 分为：可见辐射和不可见辐射。
可见辐射（可见光）： 对于人来说，能为眼睛感受并产生视觉的光学辐
2 人的视觉
锥体细胞: 在光亮（亮度为3cd/m2以上）条件 下，能够分辨颜色和物体的细节。
其原因：在高亮度条件下，杆体细胞响应饱和， 视觉完全由锥体细胞引起，锥体细胞可能含有 敏红素、敏绿素和敏蓝素三种感光色素中的一 种，分别称为L型（长波，590nm）、M型（中 波，540nm）以及S型（短波，450nm）锥体 细胞。由于光谱灵敏度不同，这些感光色素使 我们能够区分色彩。锥体细胞集中在视网膜的 中心部分，密度在外围下降。锥体细胞灵敏度 较低但空间分辨率较高。
光学设计基础理论
第2讲 光度学基础
1 可见光 2 人的视觉 3 光度学基础
1 可见光
红 780nm~630nm 橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm 青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~380nm
粒子-反射、折射、吸收—几何光学 波动-干涉、衍射、偏振（横波）--波动光学—电磁波 波粒二象性—光量子（爱因斯坦光电效应实验解释）
1.3.2 辐通量与光通量
International Commission on Illumination （国际照明委员会），简称 CIE
光谱光视效率
一般用V () 表示明视觉的光谱光效率函数；
明视觉光谱光效率函数V () 是1924年国际照明委员会(CIE) 根据吉普逊(Gibson)等几组科学家对200多名观察者测定的 结果推荐的，适合于2度视场观察条件，其峰值在555nm， 也就是说对波长为555nm的黄绿光的感受效率最高，同样 对其它波长的光的感受效率较低。
2 人的视觉
1、视觉
光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信 息经视觉神经系统加工后便产生视觉。人的视 觉器官不但反映光的强度，而且也能反映光的 波长特性。前者表现为亮度的感觉，后者表现 为颜色的感觉。
通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明 暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意 义的各种信息，至少有80％以上的外界信息经 视觉获得，视觉是人和动物最重要的感觉。
3.1 辐射度学与光度学
辐射度学（Radiometry）：当外界物理辐射以 能量（或功率）为单位来评价时，定义为辐射 量，这是纯物理量，属于辐射度学研究的范畴。
光度学（Photometry）：物理辐射作用在观察 者的视觉器官是产生光的感觉，当辐射量与人 眼的视觉特性相联系而被评价时，定义为光度 量，属于光度学研究的范畴。光度学处理的是 光亮度的视觉，测量的是视觉响应。
2 人的视觉
视神经乳头
中央凹
（最敏感的地方）
黄斑
（密集着椎体细胞的 区域，颜色呈黄色）
（ 盲视 点神 ）经
盘 （ 视 神 经 乳 头 ）
杆体细胞
锥体细胞
锥体与杆体细 胞的混合系统 双极细胞
神经节 细胞
2 人的视觉
光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应，使人们能看到物体。
3.2 辐通量与光通量
2、光谱光效率函数 用来度量辐射能所引起的视觉能力的量称
为光谱光效率函数，（即光谱不同波长的 能量对人眼产生光感觉的效率） 。它主 要是评价人体视觉对各种颜色的灵敏度。 光谱光效率函数是光度学计算的重要依据。 1933年国际计量委员会采用光谱光效率 函数作为光度量的标准。
明适应：黑暗环境到明亮环境 暗适应：明亮环境到黑暗环境
引起光感觉的最小亮 度和最低光出射角度
应用：隧道路灯照明
明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min 暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时
3 光度学基础
3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量Байду номын сангаас关联
2 人的视觉
3、明视觉、暗视觉、中间视觉 1912，冯·凯斯（J. Von Kries）根据上述现象，
提出了视觉的二重功能学说，认为视觉有两重 功能：视网膜中央的“锥体细胞视觉”和视网 膜边缘的“杆体细胞视觉”，也叫做“明视觉” 和“暗视觉”。 当环境亮度介于0.001cd/m2 和3cd/m2 之间称 为中间视觉。此时视网膜上的锥体细胞和杆体 细胞同时起作用，蓝光比红光更为明亮。
3.1 辐射度学与光度学
3.2 辐通量与光通量
1、辐通量Φe （辐射功率）：单位时间内光源
发出或通过一定接收截面的辐射能，单位为W
（瓦特）。 e e ()d
谱密度， 光谱分布
3.2 辐通量与光通量
S()
e KS S()d e () KS S()
3.2 辐通量与光通量
3.2 辐通量与光通量
1.2 人的视觉
2、人眼视网膜上有二种感光细胞：杆体细 胞和锥体细胞。
杆体细胞：只在较暗条件下（在亮度为 0.001cd/m2以下）起作用，适宜于微光视觉， 感光灵敏度高，仅能分辨明暗，不能分辨颜色 和细节。杆体细胞不能分辨色彩的原因是因为 它只含有一种类型的感光色素，这些感光细胞 集中在视网膜的外围部分，引起的是外围视觉。
1.2 人的视觉
总结：
视网膜 ：杆体细胞 + 锥体细胞
杆体细胞：感光灵敏度高（暗视觉 ）， 不能分辨细节， 不能分辨色彩。
锥体细胞：感光灵敏度低（明视觉 ）， 能分辨细节， 能分辨色彩。
锥体细胞可分敏红、敏绿、敏蓝细胞
2 人的视觉
4、视觉适应
在变化的各种亮度、光谱分布、视觉刺 激下，视觉系统会相应地做出调整以适 应这种变化过程。
1 可见光
可见光谱：在 电磁辐射范围 内，只有从 380-780 (nm) 波长的电磁辐 射能够引起人 的视觉，这段 波长叫做可见 光谱。
1 可见光
光学辐射：指波长为 1纳米到1毫米范围的电磁辐射， 它主要包括紫外辐射、可见辐射和红外辐射等部分。 分为：可见辐射和不可见辐射。
可见辐射（可见光）： 对于人来说，能为眼睛感受并产生视觉的光学辐
2 人的视觉
锥体细胞: 在光亮（亮度为3cd/m2以上）条件 下，能够分辨颜色和物体的细节。
其原因：在高亮度条件下，杆体细胞响应饱和， 视觉完全由锥体细胞引起，锥体细胞可能含有 敏红素、敏绿素和敏蓝素三种感光色素中的一 种，分别称为L型（长波，590nm）、M型（中 波，540nm）以及S型（短波，450nm）锥体 细胞。由于光谱灵敏度不同，这些感光色素使 我们能够区分色彩。锥体细胞集中在视网膜的 中心部分，密度在外围下降。锥体细胞灵敏度 较低但空间分辨率较高。
光学设计基础理论
第2讲 光度学基础
1 可见光 2 人的视觉 3 光度学基础
1 可见光
红 780nm~630nm 橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm 青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~380nm
粒子-反射、折射、吸收—几何光学 波动-干涉、衍射、偏振（横波）--波动光学—电磁波 波粒二象性—光量子（爱因斯坦光电效应实验解释）
1.3.2 辐通量与光通量
International Commission on Illumination （国际照明委员会），简称 CIE
光谱光视效率
一般用V () 表示明视觉的光谱光效率函数；
明视觉光谱光效率函数V () 是1924年国际照明委员会(CIE) 根据吉普逊(Gibson)等几组科学家对200多名观察者测定的 结果推荐的，适合于2度视场观察条件，其峰值在555nm， 也就是说对波长为555nm的黄绿光的感受效率最高，同样 对其它波长的光的感受效率较低。
2 人的视觉
1、视觉
光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信 息经视觉神经系统加工后便产生视觉。人的视 觉器官不但反映光的强度，而且也能反映光的 波长特性。前者表现为亮度的感觉，后者表现 为颜色的感觉。
通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明 暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意 义的各种信息，至少有80％以上的外界信息经 视觉获得，视觉是人和动物最重要的感觉。
3.1 辐射度学与光度学
辐射度学（Radiometry）：当外界物理辐射以 能量（或功率）为单位来评价时，定义为辐射 量，这是纯物理量，属于辐射度学研究的范畴。
光度学（Photometry）：物理辐射作用在观察 者的视觉器官是产生光的感觉，当辐射量与人 眼的视觉特性相联系而被评价时，定义为光度 量，属于光度学研究的范畴。光度学处理的是 光亮度的视觉，测量的是视觉响应。
2 人的视觉
视神经乳头
中央凹
（最敏感的地方）
黄斑
（密集着椎体细胞的 区域，颜色呈黄色）
（ 盲视 点神 ）经
盘 （ 视 神 经 乳 头 ）
杆体细胞
锥体细胞
锥体与杆体细 胞的混合系统 双极细胞
神经节 细胞
2 人的视觉
光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应，使人们能看到物体。
3.2 辐通量与光通量
2、光谱光效率函数 用来度量辐射能所引起的视觉能力的量称
为光谱光效率函数，（即光谱不同波长的 能量对人眼产生光感觉的效率） 。它主 要是评价人体视觉对各种颜色的灵敏度。 光谱光效率函数是光度学计算的重要依据。 1933年国际计量委员会采用光谱光效率 函数作为光度量的标准。
明适应：黑暗环境到明亮环境 暗适应：明亮环境到黑暗环境
引起光感觉的最小亮 度和最低光出射角度
应用：隧道路灯照明
明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min 暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时
3 光度学基础
3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量Байду номын сангаас关联
2 人的视觉
3、明视觉、暗视觉、中间视觉 1912，冯·凯斯（J. Von Kries）根据上述现象，
提出了视觉的二重功能学说，认为视觉有两重 功能：视网膜中央的“锥体细胞视觉”和视网 膜边缘的“杆体细胞视觉”，也叫做“明视觉” 和“暗视觉”。 当环境亮度介于0.001cd/m2 和3cd/m2 之间称 为中间视觉。此时视网膜上的锥体细胞和杆体 细胞同时起作用，蓝光比红光更为明亮。