全彩色激光地標(biāo)燈紅綠藍(lán)三原色激光器功率配備
平剛
（青島華爍光電技術(shù)有限公司）
全彩色激光地標(biāo)燈的光源由紅光激光器，藍(lán)光激光器，綠光激光器三臺激光器合光組成，通過主板程序控制紅綠藍(lán)三臺激光器的調(diào)制電壓，改變各個(gè)激光器的出光亮度，使合成的光束呈現(xiàn)全彩色。一臺全彩色激光地標(biāo)燈色彩的好壞，關(guān)鍵看是否能合成D65白光。因?yàn)槿搜蹖Σ煌ㄩL的顏色敏感度不同，不同波長的激光器在相同功率下，人眼的亮度感覺完全不同，合成D65白光，紅綠藍(lán)的亮度比值是恒定的，所以全彩色激光地標(biāo)燈要發(fā)出D65白光，使用的紅綠藍(lán)激光器功率必須嚴(yán)格按一定的比例配備。
首先，我們必須明白激光器出光功率和亮度的關(guān)系，因?yàn)槿搜蹖Σ煌ㄩL的顏色敏感度不同，不同波長的激光器在相同功率下，人眼的亮度感覺完全不同。正常的人眼對555nm的黃光最敏感，往紅光和藍(lán)光方向，敏感度逐漸降低，直到完全看不見的紫外光和紅外光，這一特性，由專業(yè)的數(shù)據(jù)來說明，就是視見函數(shù)。下圖是我們常見激光器的視見函數(shù)值，又稱光視效率。
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激光器波長 |
視見函數(shù) |
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405nm |
0.00064 |
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445nm |
0.0298 |
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450nm |
0.038 |
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455nm |
0.048 |
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473nm |
0.1033674 |
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520nm |
0.71 |
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532nm |
0.8849624 |
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635nm |
0.217 |
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650nm |
0.107 |
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671nm |
0.02996261 |
從上圖可以看出，520nm激光器和532nm激光器雖說都是綠光激光器，但532nm激光器的視見函數(shù)值比520nm激光器的視見函數(shù)值要高，可以理解為1瓦功率的532nm激光器比1瓦功率的520nm激光器要亮，520nm激光器的亮度要達(dá)到1瓦功率的532nm激光器的亮度，其功率要達(dá)到1瓦*(0.8849624/0.71)= 1.246425915瓦。
下面，我們具體闡述激光功率和亮度的關(guān)系：
光通量Φv和輻射通量Φe可以通過人眼視覺特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即
Φv(λ)=KmV(λ)Φe(λ)
式中，光通量Φv單位是流明，輻射通量Φe單位是瓦，V(λ)是CIE推薦的平均人眼光譜光視效率，其常見波長值見附表。Km是最大光譜光視效能(常數(shù))，Km=683lm/W。
例如，求1瓦635nm激光的光通量：
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1Φv(635)= |
KmV(635)Φe(635)*1 |
|
= |
683*0.217*1 |
|
= |
148.211(lm) |
根據(jù)計(jì)算及大量實(shí)驗(yàn)，合成標(biāo)準(zhǔn)白光D65時(shí)，紅、綠、藍(lán)三色激光的亮度比例約為3:6:1，(其計(jì)算過程較為復(fù)雜，略去)即：
Φv(R):Φv(G):Φv(B)=3:6:1
換算成功率就是
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Φe(R) |
: |
Φe(G) |
: |
Φe(B) |
= |
3 |
: |
6 |
: |
1 |
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V(λ) |
V(λ) |
V(λ) |
以我們常用的激光為例:635nm的紅光,520nm的綠光和455nm的藍(lán)光合成標(biāo)準(zhǔn)D65白光的功率比值為：
（3/0.27）：（6/0.71）：（1/0.048）：
≈10:9.5:15
這樣，我們就很容易地計(jì)算出，30瓦的全彩色激光器，最理想的配置是紅光635nm10瓦，綠光520nm6瓦，藍(lán)光455nm15瓦。 |
