Основные понятия фотометрии

Оптоэлектроника изучает взаимодействие электромагнитного излучения оптического диапазона с твердым телом, с объектом, обнаруживает объект. Она занимается вопросами передачи информации. При этом мы имеем дело с малыми длинами волн, или большими частотами. Источником электромагнитного излучения может быть сам объект. Источник может облучать объект, тогда фиксируется отраженное изображение. Раздел оптики, который рассматривает методы и приемы измерения энергии, переносимой электромагнитными волнами оптического диапазона, называется фотометрией. В узком смысле – фотометрия – измерение действия видимого света на глаз человека (световые измерения). Оно зависит не только от физических характеристик света (плотности потока энергии, частоты, спектрального состава), но и от спектральной чувствительности глаза (рис.1).

Основной энергетической единицей является поток излучения (лучистый или световой поток). Это средняя энергия, переносимая электромагнитной волной оптического диапазона за время, значительно большее периода электромагнитных колебаний. В видимой области спектра лучистый поток есть такой световой поток, мощность излучения которого, оценивается по его действию на средний человеческий глаз. Система световых величин появилась раньше системы энергетических единиц.

Поток излучения:

Ф = Ф_l dl, Вт, в энерг. ед.,

лм, в св. ед.

При l = 555 нм 1 лм = 1/680 Вт.

В фотометрии есть понятие точечный источник света, это источник, диаметр которого много меньше расстояния до приемника. Например, для нас звезды – точечный источник. Точечный источник посылает световой поток равномерно во все стороны. Для практических целей важнее знать не весь поток излучения, а только то, что падает на некую площадку; например, освещение дороги фарами машины, письменный стол, фоточувствительный элемент приемника. Вводится понятие освещенности:

Е = Ф(l)/s, Вт×м^-2, в энерг. ед.,

лк, в св. ед.,

где s – освещаемая площадь.

Сила излучения – отношение потока излучения, исходящего от источника, распространяющийся внутри телесного угла, W, в стерадианах, ср:

I = dФ(l)/dW, Вт×ср^-1×в энерг. ед.

Свеча или Кд (кандела) в св. ед.

Стерадиан (ср) есть отношение поверхности, вырезанной на сфере конусом с некой вершиной, к квадрату радиуса сферы, r. Тогда сила излучения

I = Ф ×r²/s,

освещенность

Е = I/r²,

т.е. освещенность уменьшается, как квадрат расстояния от источника излучения.

Если световой поток направить в небольшом телесном угле и сконцентрировать его, то можно достичь большой силы света (напр., прожектор, фары). Если концентрируют световой поток на небольшой площади, то получают хорошую освещенность предмета (напр., микроскоп, рефлектор). При W = 0 будем иметь параллельный пучок световых лучей, тогда освещенность равна нулю. Параллельный пучок не несет никакой энергии. К счастью, в природе нет параллельных световых лучей. Если лучистый поток падает на площадку под углом b, то с увеличением b освещенность объекта уменьшается.

Яркость источника излучения определяется, как сила лучистого потока, деленная на освещаемую поверхность:

В = I/s, Вт^.ср^-1 м^-2 в энерг. Ед.

стильб (сб), в св. ед.

В = Ф/W×s, cб, световой поток, испускаемый источником с единицы видимой поверхности в единице телесного угла.

Например, яркость Солнца – 150000 сб,

ночного неба (без луны) – 10^-8 сб,

пламени свечи – 0,5 сб.

Единицы измерения энергетических и световых потоков.

Название	Энергетические единицы	Название	Световые единицы
Лучистый поток, Ф	Вт	Световой поток	лм, люмен
Сила излучения,I	Вт×ср	Сила света	Кд, кандела
Энергетическая яркость, В	Вт×ср^-1×м^-2	Яркость	сб, стильб, кд×м^-2
Энергетическая освещенность, Е	Вт×м^-2	Освещенность	лк, люкс

Дата добавления: 2014-01-05