用数值模拟方法配置光度探测器

　　1　前　言

　　人眼对不同颜色的光的灵敏度是不同的,一般大家公认平均人眼对各种波长的光的相对灵敏度为国际照明委员会(CIE)承认的V(λ)光谱光效率。在实际应用中,光度探测器的作用就是模拟明视觉下人眼对光的灵敏度,亦即让光度探测器在可见区各个波长下相对光谱响应尽可能等于CIE规定的V(λ)光谱光效率。光度探测器的相对光谱响应可以通过计量标准装置测量得出。

　　2　硅光电探测器光谱响应的测量

　　硅光电探测器是将光辐射量转换成电学量来进行测量的接收器,通常配置光度探测器都采用此类型探测器,它对不同波长的相对光谱响应是不同的,在配置之前需要进行实际测量。通过计量标准装置例如中国计量科学研究院的光电探测器光谱响应度工作基准,可以测量得到硅光电探测器的相对光谱响应R(λ):

式中,i(λ)、is(λ)分别为在同样光照条件下测量硅光电探测器和标准探测器时的光电流,Rs(λ)为标准探测器相对光谱响应。一般硅光电探测器的相对光谱响应曲线如图1所示。

　　3　滤光片透射率的确定

　　在光度探测器配置中,选择合适的滤光片是很重要的,一般选择的滤光片数为3~4片,本文中选择的3种滤光片的经典曲线如图2所示。

　　设某一厚度下滤光片的光谱透射率α(δ,λ)满足下式:

　　4　配置后光度探测器的理论光谱响应

　　当把某一厚度的系列滤光片与探测器组合在一起制成光度探测器后,它的相对光谱响应度RV(λ)可以表示为:

　　其中,αs1(λ)、αs2(λ)、αs3(λ)是在1#、2#、3#滤光片厚度分别为δs1、δs2、δs3时测得的透射比,同时,αs1(λ)、αs2(λ)、αs3(λ)、δs1、δs2、δs3、R(λ)也是测量出的已知量,因此光度探测器的相对光谱响应度RV(λ)取决于滤光片的厚度δ。

　　5　光度探测器的色修正因子[2]

　　如前所述,光度探测器的光谱响应度要与国际照明委员会(CIE)明视觉光谱光效率相匹配,匹配精度可用色修正因子f1来表示,色修正因子f1值越小,匹配精度越高,用公式表示为:

　　SA(λ)为2856 K光源的相对光谱功率分布;RV(λ)为光度探测器的相对光谱响应度。

　　6　计算色修正因子的数值解法[3]

　　实际应用中,由于CIE确定的光谱光效率V(λ)是以5 nm为间隔的数据,且测量中滤光片透射比及光探测器相对响应也是以5 nm为间隔的。同时在数值解法中,积分公式是通过累加方式计算出来的。由此式(5)可以化为: