Спектральная световая эффективность монохроматического излучения

Спектральная световая эффективность монохроматического излучения
Спектральная световая эффективность монохроматического излучения
K
Размерность

J·L-2·M-1·T3

Единицы измерения
СИ

лм·Вт-1

Примечания

Скалярная величина

Спектра́льная светова́я эффекти́вность монохромати́ческого излуче́ния — физическая величина, характеризующая чувствительность человеческого глаза к воздействию на него монохроматического света. Обозначается K(\lambda), в системе СИ имеет размерность лм/Вт. Устаревшее название — видность.

Световую эффективность K(\lambda) удобно и целесообразно представлять в виде произведения двух сомножителей: K(\lambda)=K_mV(\lambda), где K_m — значение K(\lambda), достигаемое в максимуме, а V(\lambda) — безразмерная функция длины волны, принимающая в максимуме значение, равное единице. Функция V(\lambda) называется относительной спектральной световой эффективностью монохроматического излучения, её физический смысл заключается в том, что она представляет собой относительную спектральную чувствительность среднего человеческого глаза[1].

Содержание

Определения

Как известно, у человека существует два основных механизма восприятия света. Один из них реализуется с помощью колбочек при относительно высоких яркостях и освещенностях и носит название дневного зрения. Другой — палочковый — имеет место при низких значениях яркостей и освещенностей и называется ночным зрением[2] Эти механизмы существенно отличаются друг от друга как по величине чувствительности к свету, так и по характеру зависимости чувствительности глаза от длины волны воздействующего на него света. Соответственно, в фотометрии определяется две различных функции относительной спектральной световой эффективности: одна из них V(\lambda) — для дневного зрения, другая — V'(\lambda) — для ночного.

Дневное зрение

Относительная спектральная световая эффективность для дневного (красная линия) и ночного (синяя линия) зрения.

Определение V(\lambda), основанное на процедуре измерения, формулируется следующим образом[3].

Относительной спектральной световой эффективностью монохроматического излучения для дневного зрения V(\lambda) c длиной волны \lambda называют отношение двух потоков излучения соответственно с длинами волн \lambda_m и \lambda, вызывающих в точно определенных условиях зрительные ощущения одинаковой силы; при этом длина волны \lambda_m выбрана таким образом, что максимальное значение этого отношения равно единице.

Условия измерения в частности выбираются так, чтобы угловой размер поля зрения при измерениях составлял 2 градуса, что соответствует угловому размеру центрального углубления желтого пятна сетчатки.

Итогом большой работы, выполнение которой началось ещё в XIX веке, явилось получение набора значений V(\lambda) для диапазона длин волн 380—770 нм. Значения V(\lambda) были получены в результате усреднения данных, полученных с участием большого количества наблюдателей. В 1924 году Международная комиссия по освещению (МКО)[4] утвердила этот набор в качестве стандарта, после чего он стал международно признанным и в качестве такового используется вплоть до настоящего времени. В Российской Федерации данный стандарт также является действующим[3].

Зависимость V(\lambda) приведена на рисунке. Её максимум располагается на длине волны 555 нм. В системе СИ единица силы света кандела определена таким образом, что максимальная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения K_m равна 683 лм/Вт[5]. Таким образом, выполняется: K(\lambda)=683V(\lambda).

Ночное зрение

В качестве определения световой эффективности для случая ночного зрения пригодна приведенная выше формулировка после соответствующей замены в ней наименования определяемой величины.

В результате выполнения необходимых измерений и исследований была получена зависимость V'(\lambda). Её табличные значения были в 1951 г. утверждены МКО в качестве стандарта. В графическом виде она приведена на рисунке. Как видно из рисунка, кривая V'(\lambda) сдвинута относительно V(\lambda) в коротковолновую сторону, при этом её максимум находится на 507 нм.

Сумеречное зрение

В сумеречном зрении одновременно принимают участие, как колбочки, так и палочки. При этом относительный вклад рецепторов каждого типа изменяется при изменении уровня освещения, соответственно изменяется и световая эффективность. Поэтому сумеречному зрению невозможно сопоставить какую-либо одну стандартную функцию, описывающую спектральную зависимость световой эффективности.

Использование

Активную часть своей жизни человек проводит главным образом в таких условиях освещения, когда функционирует дневное зрение. Пользуясь им, он получает большую часть визуальной информации. По этим причинам на практике в основном используется спектральная эффективность V(\lambda), относящаяся к дневному зрению. Именно она (вместе с коэффициентом K_m) лежит в основе системы световых фотометрических величин.

Система фотометрических величин устроена так, что любой энергетической величине X_e(\lambda) соответствует определённая световая величина X_v(\lambda). В случае монохроматического света связь между ними описывается соотношением

X_v(\lambda)=K_m X_e(\lambda)V(\lambda).

Для немонохроматического света аналогичное по смыслу соотношение имеет вид:

X_v=K_m \cdot \int\limits_{380~nm}^{780~nm}X_{e,\lambda}(\lambda)V(\lambda) d\lambda,

где X_{e,\lambda}(\lambda) — спектральная плотность величины X_e(\lambda). Cпектральная плотность определяется как отношение величины dX_e(\lambda), приходящейся на малый спектральный интервал, располагающийся между \lambda и \lambda+d\lambda, к ширине этого интервала:

X_{e,\lambda}(\lambda)=\frac{dX_e(\lambda)}{d\lambda}.

С учетом численного значения K_m получается:

X_v=683 \cdot \int\limits_{380~nm}^{780~nm}X_{e,\lambda}(\lambda)V(\lambda) d\lambda.

Таким образом, использование относительной световой эффективности V(\lambda) позволяет, зная энергетические характеристики света, рассчитывать его световые параметры.

Примечания

  1. Чувствительность глаза конкретного наблюдателя в норме может заметно отличаться от чувствительности глаза среднего наблюдателя. Различия становятся ещё значительнее при возрастных или патологических отступлениях от нормы.
  2. Отдельно выделяют также сумеречное зрение, когда одновременно функционируют и колбочки, и палочки.
  3. 1 2 ГОСТ 8.332-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной cпектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения.
  4. International Commission on Illumination (CIE)
  5. Число 683 лм/Вт является приближённым значением K_m, более точное значение – 683,002 лм/Вт. Подробности приведены в статье Кандела.

См. также

Литература

Гуревич М. М. Фотометрия. Теория, методы и приборы. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1983. — 272 с. — 7 500 экз.

Гуторов М. М. Основы светотехники и источники света. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 384 с. — 20 000 экз.


Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу

Полезное



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»