原创 一支绿色激光笔引发的思考

最近，一位同事兴冲冲地向我炫耀一支崭新的绿色激光笔。“看，简直太亮了！它肯定比老式的红色激光笔亮10倍！”我淡然一笑，他的话让我想到，在许多光学系统中，我们经常忽视一个最关键的部分——人眼。作为工程师，我们喜欢认为自己眼睛像头脑一样客观，但事实显然并非如此。
 
在正常光线条件下，眼睛的光谱灵敏度在大约555纳米处最高，它所对应的碧绿颜色，接近我上面那位朋友的532纳米激光。在我们视网膜的背面有感光细胞，即视杆细胞和视锥细胞，负责把视觉信息传递给大脑。有三种视锥细胞，即感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞，可以分辨颜色。

每一种视锥细胞响应以上述三种颜色之一为中心的光谱范围，而且他们在眼睛中不是平均分布，每种视锥细胞有其特性灵敏度。对于一个给定的光功率量，绿色视锥最敏感，其次是红色，然后蓝色。

所以一个5毫瓦的绿色激光笔看起来比5毫瓦的红色激光笔更亮。这点重要吗？如果你正在设计一个基于LED的照明系统，这个系统最终要涉及眼睛，这点就非常重要了。事实上，使用完全不同的照明指标——光度单位，以与人相关的方式来描述光和颜色。而辐射单位则与绝对物理量相关，如辐射能量。不同于辐射单位，光度单位根据人眼的独特反应进行了标准化。

由于其固有的能量效率，高亮度发光二极管(HB LED)往往被用于普通照明、指示标志、特种照明和涉及人类视觉的其他应用。出于这个原因，HB LED通常使用光通量或发光强度等光度量来定标。
 
光通量的单位是流明(lm)，定义为1瓦555纳米光功率的683分之一。发光强度与光通量有关，它考虑到HBLED发出的光的方向。每球面度1流明等于1坎德拉(cd)的发光强度。作为参照，你刚才在五金商店买的白炽灯泡，使用60瓦的能量，发出大约1000流明的光，发光效率为1000/60= 16.6流明/瓦。

HB LED目前发光效率可以超过50流明/瓦特，美国能源部的照明技术路线图要求HB LED能够在2012年前产生150流明/瓦的输入功率。下个月，我将介绍CIE色度图，并评估使用它来构建RGB照明系统的彩色方案。