7.6. Фотометрия

Фотометрия – раздел оптики, посвящённый измерению электромагнитного излучения оптического диапазона.

• Измеряют как излучение, так и результат его действия.

В фотометрии (греч. «фотос» – свет) рассмотрены характеристики источников света, освещенность поверхностей, зависимость восприятия света от его цвета и пр. При этом природа света, его геометрические, волновые и квантовые свойства имеют второстепенное значение.

7.6.1. Основные понятия и определения Точечный источник света

Точечный источник света – источник света, размерами которого можно пренебречь.

• Данное понятие позволяет значительно упростить рассуждения.

Изотропный источник света – точечный источник света, излучающий во все направления с одинаковой мощностью.

Лучистый поток

Лучистый поток (поток излучения) (F) через поверхность S – отношение количества лучистой энергии Е, прошедшей через поверхность S, ко времени ее прохождения t.

1 Вт

• Лучистый поток имеет размерность мощности, в него входит вся излученная или поглощенная телом энергия (как в оптическом диапазоне, так и вне его).

• Лучистый поток точечного источника, падающий на какую-либо поверхность, зависит от её площади, положения в пространстве и расстояния от источника.

Телесный угол

Рассмотрим изотропный источник света в т.О. Опишем вокруг т.О две сферы с радиусами R₁ и R₂ и построим коническую поверхность с вершиной в т.О, которая вырежет на сферах площадки S₁ и S₂.

Телесный угол () – часть пространства, ограниченная конической поверхностью (т.О – вершина телесного угла).

Из геометрии известно, что и . Значит, в качестве меры телесного угла (не зависящей от радиусов сфер) удобно выбрать отношение или : . Тогда полный телесный угол . [] = 1 ср – стерадиан.

1 стерадиан – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную квадрату радиуса этой сферы.

• Понятие «телесный угол» применяют при описании распределения лучистого потока по областям пространства.

Световой поток

Световой поток (Ф) – вся видимая часть лучистого потока, оцениваемая по зрительному ощущению [Ф] = 1 лм – люмен.

• Определение [лм] дано ниже (см. «сила света»).

• Для излучения зелёного цвета ( = 5,5510^–7 м) при F = 1 Вт Ф = 683 лм.

Спектральная чувствительность глаза

Часто интенсивность света удобнее оценивать не по значению мощности в Вт, а по зрительному ощущению. Из опытов известно, что при одинаковой мощности (например 1 Вт), излучения разных цветов вызывают у человека зрительные ощущения разной силы, что приводит к необходимости введения понятия видности излучения, которое связывает энергетические характеристики излучения с зрительными ощущениями.

Видность (спектральная световая эффективность) излучения ( ) – отношение светового потока Ф_ монохроматической составляющей (с длиной волны ) излучения к лучистому потоку F этого излучения.

• Глаз наиболее чувствителен к излучению зеленого цвета с  = 5,5510^–7 м, т. е. при одинаковой мощности излучения (Р = const) V_з = V_max.

Относительная видность (относительная световая эффективность) (К) – отношение видности данного цвета к видности V_max зеленого цвета при одинаковой мощности излучений.

График зависимости К() имеет вид:

Оценка излучения по относительной видности носит усредненный характер, т.к.:

1) видность зависит от цвета излучения;

2) «среднестатистический» глаз отличается от глаза конкретного человека.