Спектральная чувствительность органа зрения

Орган зрения человекаОрган зрения человека состоит из приемника энергии излучения - глаза, зрительных центров, которые находятся в коре головного мозга и нервных волокон, которые соединяют эти центры с глазом. Сеточная оболочка, которая устилает дно глаза, имеет два вида окончаний зрительного нерва - колбочки и палочки. Колбочки работают днем при высоких уровнях освещения и обеспечивают способность цветного восприятия. Палочки позволяют наблюдателю ориентироваться при очень малом количестве света и различают только контрасты черно-белого изображения.

Чувствительность глаза к излучению разных волн неодинаковая. Способность глаза по-разному оценивать одинаковую лучевую мощность разных длин волн оптического диапазона называется спектральной чувствительностью глаза. Если интенсивность излучения всех длин волн оптического спектра одинаковая, то глаз наилучше воспринимает ощущение желто-зеленого цвета - лучи с длиной волн л=555 нм. В этом случае для количественной оценки вводится функция V(л) - относительная спектральная световая эффективность, которую можно принять равной единице для л - 555 нм, то есть V(л=555)=1.

Нужно отметить цветовое ощущение этого восприятия. Оно заключается в том, что коротковолновое излучение создает ощущение фиолетового цвета, а длинноволновое - красного. Непрерывное увеличение длины волны квантов излучения связано с плавным переходом от фиолетового цвета к синему, потом к сине-зеленому и дальше к желтому, оранжевому и красному. Резкий переход от одного цвета к другому заметить нельзя, поэтому границы спектральных цветов можно указать только приблизительно и в некоторой степени условно (табл. 2). Установлено, что спектральная чувствительность глаза разных спектров заметно отличается между собой. Но можно установить некоторые средние параметры, которые характеризуют световое восприятие нормального (среднего) глаза человека.

Таблица 2.

Волновые границы спектральных цветов видимого излучения

Спектральный цвет излучения

Волновой диапазон

Фиолетовый

380-450

Синий

450-485

Сине-зеленый

485-505

Зеленый

505-550

Желто-зеленый

550-575

Желтый

575-590

Оранжевый

590-610

Красный

610-700

700-780

Усредненная кривая спектральной чувствительности глаза установлена Международной комиссией по освещенности (МКО 1924г.) и теперь используется при всех расчетах светового действия излучения (рис. 1, кривая 1). Максимум этой кривой условно принят за единицу, приходится на длину волны л=555 нм. Очевидно, что чувствительность глаза к излучению других волн будет меньше единице (при одинаковой мощности).

Кривая 1 имеет место для дневного зрения, то есть когда работает колбочковый аппарат зрения при высоких значениях освещенности. В условиях ночного зрения вступает в действие аппарат палочки органа зрения, которые реагируют на очень малые освещенности. В этом случае кривая спектральной чувствительности глаза будет изменена в сторону более коротких длин волн по отношению к кривой дневного зрения (рис. 1, кривая 2). Максимум этой кривой также принят за единицу, отвечает длине л=507 нм.

Среднее значение спектральной чувствительности глаза

Рис. 1.5. Среднее значение спектральной чувствительности глаза V(л).

Сопоставляя кривые 1 и 2 нужно иметь в виду то, что максимумы их одинаковые только условно. В действительности аппарат палочки намного чувствительнее чем колбочковый. Среднее значение спектральной чувствительности глаза для дневного и ночного зрения, которые необходимы для использования в расчетах светотехники

Между условиями дневного и ночного зрения есть переходная область уровня освещенности, которую можно наблюдать в природных условиях каждый день после заката солнца, когда одновременно функционируют оба аппарата органа зрения. В процессе такого перехода наблюдается и переходное изменение спектральной чувствительности глаза, что приводит к некоторым специфическим явлениям. В этот период наблюдается так называемый эффект Пуркинье. Суть этого эффекта в том, что красная и синяя поверхности объекта наблюдения, которые днем кажутся приблизительно одинаково светлыми, ночью делаются вполне разными: синий предмет кажется намного светлее, чем красный. Последний видится ночью совсем черным. Основными энергетическими характеристиками приемников лучевой энергии является интегральная и спектральная чувствительность. Интегральная чувствительность приемника - это отношение эффективной мощности, что определяет результат действия на приемник, к лучевому потоку, что упал на него:

Интегральная чувствительность приемника,

где

С - коэффициент, что зависит от выбора единиц эффективной мощности и лучевого потока;

Ф еф - эффективная мощность излучения;

Ф - мощность светового потока.

Так как большинство приемников лучевой энергии избирательно реагируют на падающее излучение, то чувствительность их к монохроматическому излучению разных длин волн не одинаковая. Для характеристики чувствительности приемников к монохроматическому излучению пользуются понятиям спектральной чувствительности приемника - это отношение эффективной мощности к монохроматическому световому потоку, что падает на приемник:

Спектральная чувствительность приемника.

Спектральная чувствительность большинства приемников имеет максимальное значение при некоторой определенной длине волны. Например, спектральная чувствительность человеческого глаза имеет максимальное значение при л=555 нм.

В ряде случаев достаточно найти лишь относительную спектральную чувствительность - это отношение спектральной чувствительности к ее максимальному значению

Относительная спектральная чувствительность,

где

gл - спектральная чувствительность.

Для монохроматического излучения:

Монохроматическое излучение,

где Фл - монохроматический поток излучения.

url1: 
Освещение
url2: 
Понятия и величины освещения