Основные фотометрические характеристики

Глаз человека чувствителен к очень узкому интервалу длин волн — от 0,77 мкм до 0,38 мкм (видимый свет), причем даже в этом интервале чувствительность глаза к различным длинам

волн неодинакова. Наиболее чувствителен глаз к длине волны λ_макс = 0,55 мкм, т.е. к зеленому цвету.

Отношение мощности монохроматического излучения с дли­ной волны λ_макс = 0,55 мкм к мощности монохроматического из­лучения с длиной волны λ, вызывающего ощущение такой же яр­кости, как излучение с длиной волны λ_макс, называется функцией видности излучения с длиной волны λ:

Функция видности V_λ служит мерой спектральной чувствитель­ности глаза. Для λ_макс V_λ= 1 (рис. 4).

Фотометрия — раздел оптики, занимающийся вопросами из­мерения интенсивности света и его источников. Энергетической характеристикой светового излучения является поток энергии W_λ, который показывает, какая энергия переносится световой волной за единицу времени:

Поток энергии равен мощности излучения через данную поверх­ности и измеряется в ваттах (Вт). Во многих случаях оказывает­ся удобнее ввести фотометрические характеристики излучения, которые учитывают спектральную чувствительность глаза, т.е. функцию видности V_λ. Основными фотометрическими характе­ристиками являются световой поток, сила света, освещенность и яркость.

Световой поток Ф — это поток энергии, оцениваемый по зрительному ощущению. Для монохроматического излучения Ф_λ = W_λV_λ. Для немонохроматического излучения

т.е. световой поток складывается из световых потоков для ка­ждой длины волны. Единица светового потока — люмен (лм) определяется через произведение единицы силы света канделы (кд), являющейся основной единицей системы СИ, и единицы из­мерения телесного угла — стерадиан (ср) (лм = кд ∙ ср).

Понятие силы света вводится с помощью представления о точечном источнике света, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до точки наблюдения, и излучающем равномерно во всех направлениях.

Сила света I измеряется отношением светового потока Ф, со­здаваемого точечным источником света в телесном угле, к этому телесному углу Ω:

Телесный угол — это часть пространства, ограниченная кони­ческой поверхностью. Телесный угол определяется отношени­ем площади S, вырезаемой этим углом на поверхности сферы с центром в вершине телесного угла, к квадрату радиуса сферы (рис. 5)

Единицей телесного угла является стерадиан, вырезающий на поверхности сферы площадь S = R² (рис. 5). Полный телесный угол (5 = 4R²) равен 4тг ср.

Единица измерения силы света кандела (кд), через которую выражаются все остальные фотометрические характеристики, определяется как сила света эталонного источника с заданной частотой и энергетической силой света.

Для оценки освещения поверхностей вводится понятие осве­щенности. Освещенностью Е поверхности называется отношение светового потока Ф, падающего на данную поверхность к площади этой поверхности S

Для точечного источника О (рис. 6) Ω = Scosa/R², откуда, учитывая(9),

Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света, пропорциональна силе света и косинусу угла падения све­та на эту поверхность и обратно пропорциональна квадрату рас­стояния до точки наблюдения. Зависимостью от угла падения солнечных лучей объясняется смена времен года. За единицу освещенности принимается люкс (лк) — освещенность поверхно­сти площадью 1 м² при световом потоке падающего на нее из­лучения, равном одному люмену (лк = лм/м²). Освещенность прямыми солнечными лучами составляет около 10⁵ лк, а осве­щенность, необходимая для чтения — 40 лк.

Для протяженных источников света вводится дополнитель­ная характеристика — яркость. Яркость В светящейся поверхно­сти измеряется отношением силы света, излучаемого с площади видимой поверхности источника перпендикулярно направлению наблюдения, к площади этой поверхности (рис. 7)

Единицей яркости служит кандела на квадратный метр (кд/м²).

Лекция № 33