Русская Википедия:Спектральная световая эффективность монохроматического излучения
Шаблон:Физическая величина Спектра́льная светова́я эффекти́вность монохромати́ческого излуче́ния — физическая величина, характеризующая чувствительность человеческого глаза к воздействию на него монохроматического света. Обозначается <math>K(\lambda)</math>, в Международной системе единиц (СИ) имеет размерность лм/Вт. Устаревшее название — видность.
Световую эффективность <math>K(\lambda)</math> удобно и целесообразно представлять в виде произведения двух сомножителей: <math>K(\lambda)=K_mV(\lambda),</math> где <math>K_m</math> — значение <math>K(\lambda)</math>, достигаемое в максимуме, а <math>V(\lambda)</math> — безразмерная функция длины волны, принимающая в максимуме значение, равное единице. Функция <math>V(\lambda)</math> называется относительной спектральной световой эффективностью монохроматического излучения, её физический смысл заключается в том, что она представляет собой относительную спектральную чувствительность среднего (нормального) человеческого глаза[1].
Определения
Как известно, у человека существует два основных механизма восприятия света. Один из них реализуется с помощью колбочек при относительно высоких яркостях и освещённостях и носит название дневного зрения. Другой — палочковый — имеет место при низких значениях яркостей и освещённостей 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 <math>V(\lambda)</math> — для дневного зрения, другая — <math>V'(\lambda)</math> — для ночного.
Дневное зрение
Определение <math>V(\lambda)</math>, основанное на процедуре измерения, формулируется следующим образом[3].
Относительной спектральной световой эффективностью монохроматического излучения для дневного зрения <math>V(\lambda)</math> c длиной волны <math>\lambda</math> называют отношение двух потоков излучения соответственно с длинами волн <math>\lambda_m</math> и <math>\lambda</math>, вызывающих в точно определённых условиях зрительные ощущения одинаковой силы; при этом длина волны <math>\lambda_m</math> 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 <math>V(\lambda)</math> для диапазона длин волн 380—770 нм. Значения <math>V(\lambda)</math> 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 <math>V(\lambda)</math> 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 <math>K_m</math> равна 683 лм/Вт[5]. Таким образом, выполняется: <math>K(\lambda)=683V(\lambda).</math>
Ночное зрение
В качестве определения световой эффективности для случая ночного зрения пригодна приведённая выше формулировка после соответствующей замены в ней наименования определяемой величины.
В результате выполнения необходимых измерений и исследований была получена зависимость <math>V'(\lambda)</math>. Её табличные значения были в 1951 г. утверждены МКО в качестве стандарта. В графическом виде она приведена на рисунке. Как видно из рисунка, кривая <math>V'(\lambda)</math> сдвинута относительно <math>V(\lambda)</math> 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 <math>V(\lambda)</math>, относящаяся к дневному зрению. Именно она (вместе с коэффициентом <math>K_m</math>) лежит в основе системы световых фотометрических величин.
Система фотометрических величин устроена так, что любой энергетической величине <math>X_e(\lambda)</math> соответствует определённая световая величина <math>X_v(\lambda)</math>. В случае монохроматического света связь между ними описывается соотношением
- <math>X_v(\lambda)=K_m X_e(\lambda)V(\lambda).</math>
Для немонохроматического света аналогичное по смыслу соотношение имеет вид:
- <math>X_v=K_m \cdot \int\limits_{380~nm}^{780~nm}X_{e,\lambda}(\lambda)V(\lambda) d\lambda,</math>
где <math>X_{e,\lambda}(\lambda)</math> — спектральная плотность величины <math>X_e(\lambda)</math>. Спектральная плотность определяется как отношение величины <math>dX_e(\lambda),</math> приходящейся на малый спектральный интервал, располагающийся между <math>\lambda</math> и <math>\lambda+d\lambda,</math> к ширине этого интервала:
- <math>X_{e,\lambda}(\lambda)=\frac{dX_e(\lambda)}{d\lambda}.</math>
С учётом численного значения <math>K_m</math> получается:
- <math>X_v=683 \cdot \int\limits_{380~nm}^{780~nm}X_{e,\lambda}(\lambda)V(\lambda) d\lambda.</math>
Таким образом, использование относительной световой эффективности <math>V(\lambda)</math> позволяет, зная энергетические характеристики света, рассчитывать его световые параметры.
Примечания
Литература
См. также
- ↑ 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.
- ↑ Отдельно выделяют также сумеречное зрение, когда одновременно функционируют и колбочки, и палочки.
- ↑ 3,0 3,1 Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Число 683 лм/Вт является приближённым значением <math>K_m</math>, более точное значение — 683,002 лм/Вт. Подробности приведены в статье Кандела.
