8.3 Основные фотометрические характеристики

Оптическое излучение характеризуется энергией, переносимой электромагнитной волной через некоторую поверхность за 1с, то есть мощностью излучения. Эта энергетическая характеристика излучения называется потоком световой энергии. Зрительное ощущение зависит не только от мощности излучения, но и спектральной чувствительности глаза максимальное значение которой соответствует зеленому цвету (λ=0,55 мкм). Если приемником света является глаз, то удобно характеризовать излучение произведением мощности N_λ излучения на коэффициент К_λ видности. Эта фотометрическая (психофизическая) характеристика называется световым потоком

. (135)

То есть,

Поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению называется световым потоком.

Кроме светового потока к основным относятся сила света, освещенность и яркость.

Сила света связана с понятием точечного источника – размеры значительно меньше расстояния до области наблюдения и испускает свет одинаково во всех направлениях.

Сила света (является одной из основных единиц СИ) измеряется отношением светового потока, создаваемого точечным источником света в телесном угле к этому углу

.

Телесным углом называется часть пространства, ограниченная конической поверхностью и определяется отношением площади S, вырезанной этим углом на поверхности сферы с центром, совпадающим с источником света, к квадрату радиуса сферы (рис.64).

.

Единицей телесного угла, как известно, является стерадиан (ср).

Рис. 64

За 1ср принимается телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Сила света 1кд испускается при определенных условиях эталонным источником света.

Световой поток измеряется в люменах (лм)

Ф=IΩ

1 лм – световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле 1ср при силе света 1кд.

Степень освещения поверхности характеризуется освещенностью, определяемой отношением светового потока, падающего на поверхность к ее площади.

Если S<<R, то

. (136)

где α – угол между нормалью к поверхности и центральным лучом.

Подставив это выражение в формулу (9) имеем

. (137)

Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света, пропорциональна силе света и косинусу угла падения света на эту поверхность, но обратно пропорциональна квадрату расстояния до поверхности.

За единицу освещенности принят люкс (лк). 1 лк – освещенность поверхности 1м² при падающем световом потоке в 1лм.

Для протяженных источников вводится яркость, которая измеряется отношением силы света, излучаемого с площади видимой (по нормали) поверхности данного источника к площади этой поверхности

. (138)

Единица яркости кд/м².

Яркость Солнца 10⁹кд/м², лампы накаливания 10⁶кд/м², безлунного неба 10^-4кд/м². Наименьшая различимая глазом яркость 10^-6кд/м².

Вопросы для самоконтроля

1. Какова длина волны света?

2. Чему равна скорость света?

3. Какая среда называется оптически однородной?

4. Как изменяется длина световой волны и частота при переходе света из одной среды в другую?

5. Каков физический смысл показателя преломления?

6. Какие условия должны быть выполнены при полном внутреннем отражении?

7. Когда после прохождения излучения через призму возникают сплошной, линейчатый и полосатый спектры?

8. Постройте изображение предмета в поле линзы, если он находится между оптическим центром и фокусом.

9. На какое расстояние аккомодирован глаз при расслабленной ресничной мышце?

10. Каковы основные фотометрические характеристики?

11. Что выражает закон Бугера?