1.4. Особенности чувствительности глаза к свету

Поскольку чувствительность глаза к разным длинам волн у людей неодинакова, в фотометрии принят ряд условностей. В 1931 Международная комиссия по освещению (МКО) ввела понятие «стандартного наблюдателя» как некоего среднего для людей с нормальным восприятием. Этот эталон МКО – таблица значений относительной световой эффективности излучения с длинами волн в диапазоне от 0,380 до 0,780 мкм через каждые 0,001 мкм. Представлен график (рис. 1.5) построенный по данным этой таблицы с указанием интервалов длин волн, соответствующих цветам солнечного спектра.

Рис. 1.5. Чувствительность глаза к свету, имеющему диапазон длин волн

Яркость, измеренная в соответствии с эталоном МКО, называется фотометрической яркостью или просто яркостью. Свет с длиной волны менее 0,38 мкм называется ультрафиолетовым, а с длиной волны более 0,78 мкм – инфракрасным. Тот и другой,  невидимы для человеческого глаза.

1.5. Виды фотометрических измерений.

Основные виды фотометрических измерений выполняют, когда проводят: 1) сравнение силы света источников; 2) измерение полного потока от источника света; 3) измерение освещенности в заданной плоскости; 4) измерение яркости в заданном направлении; 5) измерение доли света, пропускаемой частично прозрачными объектами; 6) измерение доли света, отражаемой объектами.

Согласно закону Кеплера, если яркость двух полей сравнения одинакова, то силы света двух ламп обратно пропорциональны квадратам расстояний от соответствующих ламп до экрана фотометра. Это легко проверить, рассмотрев световую пирамиду с лампой в вершине (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Закон обратных квадратов расстояний  это основной закон фотометрии

Свет, проходящий через сечение A пирамиды на единичном расстоянии от лампы, будет распределен по площади 4А на удвоенном расстоянии, по площади 9А – на утроенном расстоянии и т.д. Единственное условие применимости этого закона требует, чтобы размеры источника были малы по сравнению с расстоянием.

В некоторых специальных измерениях применяются другие средства изменения яркости поля сравнения, например, поляризатор с анализатором, которые поляризуют и ослабляют проходящий световой поток соответственно своей взаимной ориентации, клинья из серого стекла и быстро вращающиеся диски с секторными вырезами («вращающиеся секторы»). Диски имеют форму плоской крыльчатки вентилятора. Если диск вращается достаточно быстро, так что не заметно никакого мерцания, то свет ослабляется пропорционально доле полного круга, приходящейся на секторные вырезы. Важно, чтобы изменялась только яркость, но не цвет поля.

1.6. Приемники излучения

Важный параметр любого приемника излучения — отношение полезного сигнала к уровню помех. В процессе преобразования потока излучения приемник не должен существенно ухудшать эту величину. Способность приемника регистрировать сигналы минимальной длительности характеризуется его постоянной времени. Для практических целей важны такие характеристики приемника, как коэффициент преобразования и пороговая чувствительность  величина минимального сигнала. Чувствительность лучших счётчиков и фотоумножителей такова, что позволяет регистрировать отдельные фотоны падающего излучения. Приемники излучения ИК диапазона менее чувствительны

Самую обширную группу составляют приемники из чувствительного к излучению твёрдого вещества. К ним относятся болометры, у которых при поглощении излучения меняется сопротивление электрическому току; термоэлементы, реакция которых на нагрев излучением состоит в появлении термоэдс; пироэлектрические приемники, изготовляемые из кристаллов сегнетоэлектриков (при взаимодействии с излучением на их поверхности появляется статический электрический заряд). Указанные приемники относятся к тепловым, поскольку  в механизме преобразования энергии в них основную роль играет нагрев вещества излучением. Они применяются во всех оптических диапазонах.

  В фотоэлектрических приемниках излучение непосредственно воздействует на электроны вещества (главным образом в явлениях внешнего и внутреннего фотоэффекта). Фотоэлементы и фотоэлектронные умножители (внешний фотоэффект, или фотоэлектронная эмиссия) используются в основном при  < 1-2 мкм, в то время как фотосопротивления (Фоторезистор), фотодиоды и др. приемники с внутренним фотоэффектом чувствительны к излучению вплоть до субмиллиметрового радиодиапазона. При более коротких  из рассматриваемой области спектра фотоэлектронные умножители и полупроводниковые лавинные фотодиоды могут работать в режиме счётчиков фотонов. Существуют также счётчики фотонов, в которых используется эффект ионизации жидкости или твёрдого тела излучением. В далёком ИК и субмиллиметровом диапазоне применяют приемники, в которых фотоны не изменяют концентрацию электронов проводимости в твёрдом теле, а либо изменяют их подвижность, либо оказывают давление на электроны путём передачи им импульса (эффект увлечения электронов фотонами).