Фотометрія (стр. 1 из 3)

ФОТОМЕТРІЯ

1. Фотометричні величини і їх одиниці

Фотометрія – це розділ фізичної оптики, в якому розглядаються енергетичні фотометричні характеристики оптичного випромінювання в процесах його випущення, поширення і взаємодії з речовиною. Історично склалося так, що оцінка фотометричних величин передусім відносилася до видимого випромінювання і здійснювалася в світлових одиницях. Використання фотометричних величин для усього оптичного діапазону електромагнітних коливань визначило їх оцінку в енергетичних одиницях. Кожній енергетичній величині в межах видимого діапазону відповідає світлова величина, отримана оцінкою випромінювання стандартним фотометричним спостерігачем. Обидва вигляди кожної величини мають одне і те ж буквене позначення з доданням відповідно індексів (енергетична) і (візуальна). Індекс звичайно опускають.

Розглянемо спочатку енергетичні величини і їх одиниці.

Основною енергетичною характеристикою випромінювання є потік випромінювання

- відношення енергії, переносимої випромінюванням, до часу перенесення , що перевищує період коливання, що оцінюється у ватах (Вт):

,

де

- енергія випромінювання в джоулях (Дж).

Спектр випромінювання являє собою розподіл потужності випромінювання по довжинах хвиль

(або частотам). Випромінювання розжарених пар або газів, а також лазерів є лінійчатим, що умовно характеризується довжиною хвилі. Більшість же джерел випромінювання випускає безперервну сукупність монохроматичних випромінювань, тобто є джерелом суцільного спектра.

Рисунок 1 – Спектр випромінювання

Відношення середнього значення потоку випромінювання

в малому спектральному інтервалі до ширини цього інтервалу називається спектральною щільністю потоку випромінювання (рис. 1).

. (1)

Інтегральний потік випромінювання в інтервалі довжин хвиль від

до (див. рис. 1)

. (2)

Розглянемо інші енергетичні величини.

Енергетична світність

є відношенням потоку випромінювання , вихідного від малої дільниці поверхні, що розглядається, до площі цієї дільниці ;

. (3)

Енергетичною освітністю

називається відношення потоку випромінювання , падаючого на малу дільницю поверхні, що розглядається, до площі цієї дільниці:

. (4)

Порівнюючи формули (3), (4), отримуємо залежність між енергетичною освітністю і енергетичною світністю майданчика

у такому вигляді:

, (5)

де

- коефіцієнт відображення майданчика , що дорівнює відношенню потоку випромінювання , відображеного від поверхні майданчика, до потоку випромінювання , падаючого на цю поверхню: .

Енергетична сила світла

визначає просторову щільність потоку випромінювання джерела і дорівнює відношенню потоку випромінювання , що розповсюджується від джерела в напрямі, що розглядається всередовищані малого тілесного кута, до цього тілесного кута :

. (6)

Тілесний кут

- частина простору, обмежена конічною поверхнею. Якщо з вершини цієї поверхні як з центра описати сферу, то площа дільниці сфери, що вирізається конічною поверхнею, пропорційна квадрату радіуса сфери:

.

Рисунок 2 – Випромінювання

Одиницею тілесного кута є стерадіан (ср). При

кут .

Енергетична яскравість

рівна відношенню енергетичної сили світла в даному напрямі до площі проекції дільниці випромінюючої поверхні на площину, що перпендикулярну цьому напряму (рис. 2):

, (7)

де

- кут між нормаллю до майданчика і даним напрямом.

Якщо розподіл енергетичної сили світла

джерела в напрямі, що складає кут з нормаллю до поверхні, визначається залежністю (для розжарених тіл, світлорозсіюючих поверхонь)

,

де

- енергетична сила світла в напрямі нормалі до поверхні (див. рис. 2), то енергетична яскравість такого джерела постійна у всіх напрямах: .

Джерела випромінювання, яскравість яких постійна у всіх напрямах, називають рівнояркими випромінювачами.

Енергетична експозиція

рівна твору енергетичної освітленості на тривалість опромінення

(33)

Якщо світність міняється у часі, то

.

При розрахунках оптичних систем, діючих з селективними приймачами випромінювання, необхідно знати розподіл енергетичної характеристики по довжинах хвиль.

Спектральною щільністю будь-якої енергетичної величини так само, як і потоку випромінювання, є відношення середнього значення цієї величини в малому спектральному інтервалі, що розглядається до ширини цього інтервалу

. Наприклад, спектральна щільність енергетичної світності

.

Для видимої частини спектра, що оцінюється по її дії на око, основною величиною є сила світла

, що характеризує просторову щільність світлового потоку в даному напрямі. За одиницю сили світла прийнята кандела (кд) – сила світла, що випромінюється в перпендикулярному напрямі до поверхні чорного тіла площею при температурі, рівній температурі ствердження платини ( ), і тиску 101325 Па.

Світловим потоком

, що визначає потужність видимої частини оптичного випромінювання, називають величину, рівну твору сили світла випромінювача на тілесний кут , всередовищані якого розповсюджується потік: .