4.2. Световая и спектральная чувствительность глаза.

Cпособность глаза реагировать на предельно малый поток излучения называется световой чувствительностью. Она измеряется как величина, обратная пороговой яркости (L_п ). Пороговой называется та наименьшая яркость объекта, например светящейся точки, при которой она может быть обнаружена с достаточной вероятностью на абсолютно черном фоне с яркостью, приближающейся к нулю (L=0). Вероятность обнаружения зависит не только от яркости объекта, но и от угла зрения, под которым он рассматривается, т.е. от углового размера объекта. С возрастанием углового размера растет и число рецепторов, на которые проецируется рассматриваемый объект. Но следует учитывать, что при увеличении угла зрения более чем на 50˚ чувствительность глаза перестает возрастать. Учитывая вышеизложенное, чувствительность глаза S_п определяется как величина обратная пороговой яркости при условии, что угол зрения α≥ 50˚:

S_п=(1/L_п)_{α≥ 50} (1.4.1)

Человеческий глаз – это удивительный оптический прибор, который может работать практически при любом освещении. Абсолютный световой порог в среднем соответствует освещенности на зрачке порядка 1·9^-9 лк. При этом наивысшая чувствительность среднего глаза при максимальном отверстии зрачка позволяет ощущать 5-15 квантов света в секунду. О феноменальной световой чувствительности глаза говорят и такие данные: отдельный рецептор-палочка – светочувствительный элемент глаза – способен вырабатывать электрические сигналы при поглощении всего лишь 1– 4 квантов света. Глаз способен работать буквально на физическом пределе, допускаемом квантовой теорией. В настоящее время такая чувствительность недоступна даже самым совершенным оптико-электронным приборам.

Колбочковая световая чувствительность, обеспечивающая цветовые ощущения, намного ниже «ахроматической», палочковой. По данным Н.И.Пинегина, для возбуждения колбочкового зрения необходимо, чтобы на одну колбочку подействовало не менее 100 квантов светового излучения. Колбочковые рецепторы различаются по спектральной чувствительности. Их разделяют на три группы: в синей, зеленой и красной зонах спектра они имеют максимальную светочувствительность на длинах волн 450 нм, 540 нм и 570 нм (по Е.Н. Юстовой), а суммарная светочувствительность колбочкового-дневного зрения соответствует излучению с длиной волны 555 нм. Л.Ф. Артюшин считает, что максимумы спектральной чувствительности колбочковых рецепторов находятся на 435 нм, 570 нм и 600 нм.

Монохроматические излучения воздействуют на глаз по-разному. И поэтому вводится такое понятие, как чувствительность зрительной системы к излучениям различной длины волны, т.н. спектральная чувствительность глаза. Поскольку глаз имеет наибольшую спектральную чувствительность к желто-зеленому излучению на длине волны λ=555 нм и относительно этого максимума определяются все другие значения данной величины, то спектральную чувствительность целесообразно называть относительной, приняв максимальное значение этого показателя за единицу. По полученным значениям относительной спектральной чувствительности были построены таблицы и кривые видности глаза V(λ)=f(λ) для дневного и сумеречного зрения. Подробно эта характеристика зрительной системы рассматривалась в главе І, § 3.

Принцип измерения относительной спектральной чувствительности показан на рис. 1.4.3. На одну половину фотометрического поля направляют излучение длиной волны λ=555 нм и известной мощности (лучистый поток) F_e555, a на другую – излучение, спектральная чувствительность к которому измеряется, и имеет мощность F_e. С помощью светорегулирующих устройств (на рис.1.4.2 – оптические клинья с коэффициентами пропускания τ _e555 и τ_e) уравнивают светлоты (уровень субъективного светового ощущения) обеих половин фотометрического поля. Достигается ощущение равенства световых потоков при заведомо известных и разных лучистых потоках F_e555, F_e. Поскольку реакция глаза, выражающаяся в возникновении светового ощущения, зависит как от лучистого потока излучения, так и от той его доли, которая воздействует на рецепторы – светового потока, то относительная спектральная чувствительность определяется из выражения:

V(λ) =(F_e555 τ _e555)/(F_e τ_e). (1.4.2)

Однако погрешности результатов сравнения разноокрашенных половин фотометрического поля велики. Чтобы повысить надежность и точность измерений, используют другие методы. Например, один из них – способ мелькания (мигания). Он основан на том, что при импульсном освещении глаз различает изменение светлоты быстрее, чем изменение цветности. Т.е. при очень короткой вспышке ощущается ее интенсивность, но еще не воспринимается цветность, которая становится заметной только при увеличении продолжительности вспышки.

При измерениях по способу мелькания обе половины фотометрического поля освещаются мигающим светом. Частота миганий подбирается так, чтобы еще не различались цветности, но уже различались светлоты. При подобранных величинах мощностей F_e555 и F_e обоих излучений, глаз видит и ощущает мелькающие поля одинаковой светлоты.