Фотометрические величины и их единицы

Лекция №3 Качество информации

Фотометрия – раздел оптики, в котором устанавливаются величины, характеризующие световое излучение с энергетической точки зрения, и описываются методы определения этих величин.

Электромагнитное поле в однородных изотропных средах переносит энергию в направлении, которое указывается оптическим лучевым вектором . Энергия измеряется в джоулях: .

В фотометрии используются энергетические и световые величины.

Энергетические величины – характеризуют энергетические параметры оптического излучения.

1. Основной величиной, которая позволяет судить о количестве излучения, является поток излучения (или мощность излучения).

Поток излучения (лучистый поток) – это величина энергии, переносимой полем в единицу времени через данную площадку (Рис. 16):

.

Единица потока излучения – ватт (Вт):

.

2. Энергия зависит от спектрального состава света. Если разложить поле на монохроматические составляющие (каждая с определенной длиной волны), то вся энергия некоторым образом распределится между ними (Рис. 17).

Спектральная плотность потока излучения – это функция, показывающая распределение энергии по спектру излучения:

.

Единица спектральной плотности потока излучения – ватт на метр (Вт/м):

.

Тогда общий суммарный поток для всех длин волн в диапазоне от до будет вычисляться как интеграл:

.

3. Поверхностная плотность потока излучения – это величина потока, приходящегося на единицу площади:

.

Единица поверхностной плотности потока излучения – ватт на метр в квадрате (Вт/м²):

.

Если площадка освещается потоком, то поверхностная плотность потока энергии будет иметь смысл энергетической освещенности (облученности) . Если поток излучается площадкой, то поверхностная плотность потока энергии будет иметь смысл энергетической светимости .

Спектральная плотность поверхностной плотности потока показывает распределение светимости или освещенности по спектру излучения:

.

3. Рассмотрим излучение точечного источника в пределах некоторого телесного угла (Рис. 18):

Телесный угол данного конуса равен отношению площади поверхности , вырезанной на сфере конусом, к квадрату радиуса сферы :

.

Единица телесного угла – стерадиан (ст) (в сфере ):

.

Сила излучения (энергетическая сила света) – это поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется:

Единица энергетической силы света – ватт на стерадиан (Вт/ср):

/

Энергетическая сила света – величина, имеющая направление. За направление силы света принимают ось телесного угла, в пределах которого распространяется поток излучения.

Поток называется равномерным, если в одинаковые телесные углы, выделенные по какому-либо направлению, излучается одинаковый поток. В случае неравномерного потока для определения силы света в каком-то направлении надо выделить элементарный телесный угол вдоль данного направления и измерить световой поток , приходящийся на этот телесный угол:

.

Для неравномерного потока существует понятие средней сферической силы света:

.

Спектральная плотность силы излучения показывает распределение силы излучения по спектру:

.

5. Яркость определяет поверхностно-угловую плотность потока излучения. Яркость является характеристикой протяженного источника, в то время как сила излучения является характеристикой точечного источника.

Энергетическая яркость – это величина потока, излучаемого единицей площади в единицу телесного угла в данном направлении.

Если излучающая площадка перпендикулярна направлению излучения, то энергетическая яркость определяется следующим образом:

.
Единица энергетической яркости – ватт на стерадиан на метр в квадрате (Вт/(ср м²)):

,

т.е. яркость плоской поверхности в , которая в перпендикулярном направлении имеет энергетическую силу света в .

В общем случае:

где – угол между направлением излучения и нормалью к площадке (Рис. 20).

Спектральная плотность энергетической яркости показывает распределение энергетической яркости по спектру:

.

6. Световой поток, распространяясь в оптической среде, частично поглощается.

Энергетический коэффициент пропускания – это отношение энергетического светового потока , пропущенного данным телом, к энергетическому потоку , упавшему на него :

Дата добавления: 2014-01-05