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工程案例
全彩色激光地标灯红绿蓝三原色激光器功率配备
日期:2017-6-2    点击数:2977

 

全彩色激光地标灯红绿蓝三原色激光器功率配备

平刚

青岛华烁有限公司

全彩色激光地标灯的光源由红光激光器蓝光激光器绿光激光器三台激光器合光组成,通过主板程序控制红绿蓝三台激光器的调制电压,改变各个激光器的出光亮度,使合成的光束呈现全彩色。一台全彩色激光地标灯色彩的好坏,关键看是否能合成D65白光。因为人眼对不同波长的颜色敏感度不同,不同波长的激光器在相同功率下,人眼的亮度感觉完全不同,合成D65白光,红绿蓝的亮度比值是恒定的,所以全彩色激光地标灯要发出D65白光,使用的红绿蓝激光器功率必须严格按一定的比例配备。

首先,我们必须明白激光器出光功率和亮度的关系,因为人眼对不同波长的颜色敏感度不同,不同波长的激光器在相同功率下,人眼的亮度感觉完全不同。正常的人眼对555nm的黄光最敏感,往红光和蓝光方向,敏感度逐渐降低,直到完全看不见的紫外光和红外光,这一特性,由专业的数据来说明,就是视见函数。下图是我们常见激光器的视见函数值,又称光视效率。

 激光器波长

视见函数 

405nm

0.00064

445nm

0.0298

450nm

0.038

455nm

0.048

473nm

0.1033674

520nm

0.71

532nm

0.8849624

635nm

0.217

650nm

0.107

671nm

0.02996261

从上图可以看出,520nm激光器和532nm激光器虽说都是绿光激光器,但532nm激光器的视见函数值比520nm激光器的视见函数值要高,可以理解为1瓦功率的532nm激光器比1瓦功率的520nm激光器要亮,520nm激光器的亮度要达到1瓦功率的532nm激光器的亮度,其功率要达到1*(0.8849624/0.71)= 1.246425915瓦。

下面,我们具体阐述激光功率和亮度的关系:

光通量Φv和辐射通量Φe可以通过人眼视觉特性进行转换,即

       Φv(λ)=KmV(λ)Φe(λ)

式中,光通量Φv单位是流明,辐射通量Φe单位是瓦,V(λ)CIE推荐的平均人眼光谱光视效率,其常见波长值见附表。Km是最大光谱光视效能(常数),Km=683lm/W

     例如,求1635nm激光的光通量:

v(635)=

KmV(635)Φe(635)*1

=

683*0.217*1

=

148.211(lm)

          

 

 

   

 

根据计算及大量实验,合成标准白光D65时,红、绿、蓝三色激光的亮度比例约为3:6:1(其计算过程较为复杂,略去)即:

      Φv(R):Φv(G):Φv(B)=3:6:1

换算成功率就是

Φe(R)

:

Φe(G)

:

Φe(B)

=

3

:

6

:

1

V(λ)

V(λ)

V(λ)

  

 

以我们常用的激光为例:635nm的红光,520nm的绿光和455nm的蓝光合成标准D65白光的功率比值为:

(3/0.27):(6/0.71):(1/0.048):  

≈10:9.5:15

这样,我们就很容易地计算出30瓦的全彩色激光器,最理想的配置是红光635nm10瓦,绿光520nm6瓦,蓝光455nm15瓦。

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