光电器件基础节

光电器件基础节第一页，共十七页，2022年，8月28日2.4.1人眼的视觉灵敏度

物体发射的光或反射的光通过人眼到达视网膜产生实物感，这是由于光刺激视网膜上的锥状细胞或柱状细胞所导致的。锥状细胞只对光亮度超过10-3cd/m2的光才敏感，敏感的光谱范围是0.38~0.78μm，在0.555μm处最敏感，且能分辨出各种颜色。锥状细胞的这种视觉称为白昼视觉或明视觉。当亮度低于10-3cd/m2时，锥状细胞不敏感，而柱状细胞起作用。柱状细胞敏感的光谱范围是0.33~0.73μm，在0.507μm处最敏感，但不能分辨出各种颜色。柱状细胞的这种视觉称为暗视觉或夜间视觉。第二页，共十七页，2022年，8月28日

用各种单色辐射分别刺激正常人眼的锥状细胞，当刺激程度相同时，发现波长λmax=0.555μm处的光谱辐射亮度Le,0.555μm小于其它波长的光谱辐亮度Le,λ。把波长λmax=0.555μm的光谱辐射亮度Le,λmax被其它波长的光谱辐亮度Le,λ除得的商，定义为正常人眼的明视觉光谱光视效率V(λ)，即（2-54）

V（λ）是一个与波长有关的相对值。第三页，共十七页，2022年，8月28日

对于正常人眼的圆柱细胞，以微弱的各种单色辐射刺激时，发现在相同刺激程度下，波长为λ`m=0.507μm处的光谱辐射亮度Le,507nm小于其他波长λ的光谱辐射亮度Le,λ。把Le，507nm与Le,λ的比值定义为正常人眼的暗视觉光谱光视效率，即（2-55）V`（λ）也是一个无量纲的相对值，它与波长的关系如图2-4中的虚线所示。表2-6粗略地列出正常人眼的V(λ)、V`(λ)及K(λ)与λ的数值关系。第四页，共十七页，2022年，8月28日图2-4正常人眼的V(λ)，V`(λ)及K(λ)与λ的关系第五页，共十七页，2022年，8月28日表2-6正常人眼的V(λ)，V`(λ)及K(λ)与λ的数值关系第六页，共十七页，2022年，8月28日表2-6正常人眼的V(λ)，V`(λ)及K(λ)与λ的数值关系第七页，共十七页，2022年，8月28日2.4.2人眼的光谱光视效能

无论是锥状细胞还是柱状细胞，单色辐射对其刺激的程度与V(λ)Le,λ成正比。如果用各种波长的混合辐射刺激时，刺激程度遵守叠加原理，且与∫V(λ)Le,λdλ成正比。所谓辐射对人眼锥状细胞或柱状细胞的刺激程度，是从生理上评价辐射参量Xv,λ与光度参量Xe,λ、X`e,λ的关系的。对于明视觉，刺激程度平衡的条件为（2-56）第八页，共十七页，2022年，8月28日式中，Km为人眼的明视觉最灵敏波长λm的光度参量对辐射度参量的转换常数，其计量单位为lm/W。对于暗视觉，表示为（2-57）式中，K`m为人眼的暗视觉最灵敏波长λ`m的光度参量对辐射度参量的转换常数，其计量单位为lm/W。引进，K（λ），K`（λ），并令（2-58）

（2-59）第九页，共十七页，2022年，8月28日式中，K（λ），K`（λ）分别称为人眼的明视觉和暗视觉光谱光视效能。由式（2-58）和式（2-59），在人眼最敏感的波长λmax=0.555μm，λ`max=0.507μm处，分别有V(λmax)=1，

V`(λmax)=1，这时K（λmax）=Km，K`（λ`max）=Km`。因此，Km，Km`分别称为正常人眼的明视觉最大光谱光视效能和暗视觉最大光谱光视效能。根据式（2-58）和（2-59），可以将任何光谱辐射量转换成光谱光度量。第十页，共十七页，2022年，8月28日根据发光强度的定义，明视觉最大光谱光视效能Km为683lm/W；暗视觉最大光谱光视效能K`m

取1725lm/W。

Km的倒数定义为光的最小力学当量，即Mmin=1/Km=1.46(mW/lm)其他波长的光的力学当量均大于Mmin。例1-3

已知某He-Ne激光器的输出功率为3mW，试计算其发出的光通量为多少lm？解:He-Ne激光器输出的光为光谱辐射通量，根据式（2-56）可以计算出它发出的光通量为

Φv,λ=KmV(λ)Φe,λ=683×0.24×3×10-3=0.492(lm)第十一页，共十七页，2022年，8月28日2.4.3两种辐射体光视效能的计算

一个热辐射体发射的总光通量Φv与总辐射通量Φe之比，称为该辐射体的光视效能K，即（2-60）对发射连续光谱辐射的热辐射体，由上式及式（2-58）可得总光通量Φv为（2-61）将式（2-35）、（2-61）代入式（2-60），得到第十二页，共十七页，2022年，8月28日（2-62）式中,V是辐射体的光视效率。1.纯铂凝固点温度的黑体在纯铂凝固点温度T=2045K和气压为101325Pa（帕）的黑体中，表面法线方向每平方厘米面积的辐射强度为31.55W/sr和发光强度为60cd。由（2-59）可得该黑体的光视效能以纯铂凝固点温度的黑体发射1W的辐射通量中有1.9lm的光通量。第十三页，共十七页，2022年，8月28日2.色温2856K的白炽灯

标准钨丝灯发光光谱的分布如图2-5所示，图中的曲线分别为标准钨丝灯相对光谱辐射分布、光谱光视效率

V(λ)、和光谱光视效率与相对光谱辐射分布积，积分为曲线所围的面积Al，而积分为面积A2。因此，在色温T1=2856K时，由(2-62)

式可得标准钨丝的光视效能

第十四页，共十七页，2022年，8月28日图2-5T=2856K的白炽灯的辐射分布和人眼明视觉光谱光视效率V(λ)第十五页，共十七页，2022年，8月28日例如，对于色温为T=2856K的标准钨丝灯其光视效能为Kw=17.1lm/W，当标准钨丝灯发出的辐射通量为Φe＝100W时，其光通量为Φv=1710lm。

又如凝固点的铂，温度T=2045K的黑体，光视效能为Kpt=1.9lm/W。当辐射照度Ee分别为1mW/cm2和10mW/cm2时，其光照度Ev应分别为19lx和190lx。这就是说铂的凝固点温度T=2045K的黑体发射的总辐射通量为10mW时，其中光通量为