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全彩色激光灯的三原色激光器功率配备
发布时间:2018-10-10 10:18     阅读:
  全彩色激光灯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。一台全彩色激光灯地标灯色彩的好坏,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,所以全彩色激光灯地标灯要发出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。
全彩色激光灯的三原色激光器功率配备
  首先,我们必须明白激光器出光功率和亮度的关系,前面我们说过,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,有专业的数据来说明,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
457nm 0.05257304
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瓦*(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)是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1瓦635nm激光的光通量:
Φv(635)= KmV(635)Φe(635) 
= 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,暂且略去)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)
  
 
例如:650nm的红光,532nm的绿光和473nm的蓝光合成标准白光D65时,功率比约为 
   
3 : 6 : 1 4 : 1 : 1.4
0.107 0.88496 0.103

 
 
  
类似计算,我们常用几种激光合成白光时的功率比如下表:
        
635nm:532nm:473nm 2 : 1 : 1.4
635nm:532nm:457nm 2 : 1 : 2.8
650nm:532nm:473nm 4 : 1 : 1.4
650nm:532nm:457nm 4 : 1 : 2.8
 
 
 
 
 
 
 
 
 
合成1000毫瓦白光,红、绿、蓝三色激光的功率配置为
635nm:532nm:473nm 450 : 230 : 320
635nm:532nm:457nm 350 : 170 : 480
650nm:532nm:473nm 620 : 160 : 220
650nm:532nm:457nm 510 : 130 : 360
 
 
 
 
 
 
 
 
考虑激光器的现有功率,以上配置实际应用时,一般为

635nm:532nm:473nm 450 : 200 : 350
635nm:532nm:457nm 350 : 200 : 450
650nm:532nm:473nm 600 : 150 : 250
650nm:532nm:457nm 500 : 150 : 350

 
其光亮度为
635nm:532nm:473nm 638*(0.45*0.217+0.2*0.8849624+0.2*0.1033674) = 188.40
635nm:532nm:457nm 638*(0.35*0.217+0.2*0.8849624+0.32*0.05257304) = 172.00
650nm:532nm:473nm 638*(0.6*0.107+0.15*0.8849624+0.32*0.1033674) = 146.75
650nm:532nm:457nm 638*(.5*0.107+0.15*0.8849624+0.32*0.05257304) = 129.56
(单位:流明)

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