Zur Beurteilung der Strahlungsenergie und ihrer Wirkung auf Strahlungsempfänger, zu denen fotoelektrische Geräte, thermische und fotochemische Empfänger gehören, sowie auf das Auge, Energie u leichte Mengen.
Die Energiegrößen sind die Eigenschaften optische Strahlung bezogen auf den gesamten optischen Bereich.
Auge lange Zeit war der einzige Empfänger optischer Strahlung. Daher hat es sich historisch so entwickelt, dass für die Qualität und Quantifizierung Für den sichtbaren Teil der Strahlung werden Licht (photometrische) Größen verwendet, die proportional zu den entsprechenden Energiegrößen sind.
Oben wurde der Begriff des Strahlungsflusses bezogen auf den gesamten optischen Bereich gegeben. Der Wert, der im Lichtmengensystem dem Strahlungsfluss entspricht,
ist der Lichtstrom Ф, d. h. die Strahlungsleistung, die von einem photometrischen Standardbeobachter geschätzt wird.
Betrachten wir Lichtgrößen und ihre Einheiten, und dann finden wir den Zusammenhang dieser Größen mit Energiegrößen.
Um zwei Quellen sichtbarer Strahlung zu bewerten, wird ihre Lumineszenz in Richtung derselben Oberfläche verglichen. Wenn das Leuchten einer Quelle als Einheit genommen wird, erhalten wir durch Vergleichen des Leuchtens der zweiten Quelle mit der ersten einen Wert, der als Lichtstärke bezeichnet wird.
BEIM internationales System SI-Einheiten für die Einheit der Lichtstärke ist die Candela, deren Definition von der XVI. Generalkonferenz (1979) gebilligt wurde.
Candela - die Kraft des Lichts in Richtung gegeben eine Quelle, die monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von Hz aussendet, Energie Kraft dessen Licht in diese Richtung geht
Lichtintensität oder Winkeldichte Lichtstrom,
wo ist der Lichtstrom in einer bestimmten Richtung innerhalb eines Raumwinkels
Ein Raumwinkel ist ein Raumteil, der von einer beliebigen Kegelfläche begrenzt wird. Wenn eine Kugel von der Oberseite dieser Oberfläche als von der Mitte aus beschrieben wird, ist die Fläche des von der konischen Oberfläche abgeschnittenen Kugelabschnitts (Abb. 85) proportional zum Quadrat des Kugelradius:
Der Proportionalitätskoeffizient ist der Wert des Raumwinkels.
Die Einheit des Raumwinkels ist der Steradiant, der gleich dem Raumwinkel mit dem Scheitelpunkt im Mittelpunkt der Kugel ist, der eine Fläche auf der Oberfläche der Kugel ausschneidet, gleich der Fläche Quadrat mit Seite gleich dem Radius Kugeln. volle Sphäre bildet einen Raumwinkel
Reis. 85. Raumwinkel
Reis. 86. Strahlung in einem Raumwinkel
Wenn sich die Strahlungsquelle ganz oben in der Zeile befindet Kreiskegel, dann wird der im Raum zugeordnete Raumwinkel durch dessen inneren Hohlraum begrenzt konische Oberfläche. Kennt man den Wert des Ebenenwinkels zwischen der Achse und der Mantellinie der Kegelfläche, kann man den entsprechenden Raumwinkel bestimmen.
Heben wir im Raumwinkel einen unendlich kleinen Winkel hervor, der einen unendlich schmalen Ringabschnitt auf der Kugel ausschneidet (Abb. 86). Dieser Fall gehört zu den am häufigsten anzutreffenden axialsymmetrischen Lichtstärkeverteilungen.
Der Bereich des ringförmigen Abschnitts, in dem der Abstand von der Achse des Kegels zum schmalen Breitenring liegt
Gemäss Abb. wo ist der radius der kugel.
Daher wo
Raumwinkel, der einem flachen Winkel entspricht
Für eine Halbkugel ist der Raumwinkel für eine Kugel
Aus Formel (160) folgt, dass der Lichtstrom
Wenn sich die Lichtintensität beim Bewegen von einer Richtung in die andere nicht ändert, dann
In der Tat, wenn eine Lichtquelle mit Lichtstärke am Scheitel eines Raumwinkels platziert wird, dann tritt der gleiche Lichtstrom in alle Bereiche ein, die von einer Kegelfläche begrenzt werden, die diesen Raumwinkel im Raum hervorhebt. . Dann ist erfahrungsgemäß der Beleuchtungsgrad dieser Flächen umgekehrt proportional zu den Quadraten der Radien dieser Kugeln und direkt proportional zur Größe der Flächen.
Somit gilt die folgende Gleichheit: d. h. Formel (165).
Die obige Begründung von Formel (165) gilt nur, wenn der Abstand zwischen der Lichtquelle und der beleuchteten Fläche im Vergleich zur Größe der Quelle ausreichend groß ist und wenn das Medium zwischen der Quelle und der beleuchteten Fläche keine Lichtenergie absorbiert oder streut .
Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen (lm), das ist der Lichtstrom innerhalb eines Raumwinkels, wenn die Lichtintensität der Quelle, die sich an der Spitze des Raumwinkels befindet, gleich ist
Die Beleuchtung der Fläche senkrecht zu den einfallenden Strahlen wird durch das Verhältnis bestimmt, das als Beleuchtung E bezeichnet wird:
Formel (166) sowie Formel (165) gelten unter der Bedingung, dass sich die Lichtstärke I bei Bewegung von einer Richtung in die andere innerhalb eines gegebenen Raumwinkels nicht ändert. Andernfalls gilt diese Formel nur für einen unendlich kleinen Bereich
Wenn die einfallenden Strahlen mit der Normalen zur beleuchteten Fläche Winkel bilden, ändern sich die Formeln (166) und (167), da die beleuchtete Fläche zunimmt. Als Ergebnis erhalten wir:
Wenn der Standort von mehreren Quellen beleuchtet wird, seine Beleuchtung
wobei die Anzahl der Strahlungsquellen, d. h. die Gesamtbeleuchtung, gleich der Summe der Beleuchtungen ist, die der Standort von jeder Quelle empfängt.
Die Beleuchtungseinheit ist die Beleuchtung der Stelle, wenn der Lichtfluss darauf fällt (die Stelle steht senkrecht zu den einfallenden Strahlen). Diese Einheit wird Lux genannt
Wenn die Abmessungen der Strahlungsquelle nicht vernachlässigt werden können, ist es zur Lösung einer Reihe von Problemen erforderlich, die Verteilung des Lichtstroms dieser Quelle über ihre Oberfläche zu kennen. Das Verhältnis des von einem Flächenelement ausgehenden Lichtstroms zur Fläche dieses Elements wird als Leuchtkraft bezeichnet und in Lumen pro gemessen Quadratmeter Die Leuchtkraft charakterisiert auch die Verteilung des reflektierten Lichtstroms.
Also die Leuchtkraft
wo ist die Oberfläche der Quelle.
Das Verhältnis der Lichtstärke in einer bestimmten Richtung zur Projektionsfläche einer leuchtenden Fläche auf eine Ebene senkrecht zu dieser Richtung wird als Helligkeit bezeichnet.
Daher die Helligkeit
wo ist der Winkel zwischen der Normalen zum Standort und der Richtung der Lichtintensität
Einsetzen in Formel (172) des Wertes [vgl Formel (160)), erhalten wir, dass die Helligkeit
Aus Formel (173) folgt, dass die Helligkeit die zweite Ableitung des Flusses nach dem Raumwinkel zur Fläche ist.
Die Einheit der Helligkeit ist Candela pro Quadratmeter.
Die Flächendichte der Lichtenergie der einfallenden Strahlung wird Belichtung genannt:
BEIM Allgemeiner Fall die in Formel (174) enthaltene Beleuchtung kann sich mit der Zeit ändern
Die Ausstellung hat eine große praktischer Wert, beispielsweise in der Fotografie, und wird in Lux-Sekunden gemessen
Mit den Formeln (160) - (174) werden sowohl Licht- als auch Energiegrößen berechnet, erstens für monochromatische Strahlung, also Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge, und zweitens ohne Berücksichtigung der spektralen Verteilung der Strahlung, die in der Regel findet in visuellen optischen Geräten statt.
Die spektrale Zusammensetzung der Strahlung - die Verteilung der Strahlungsleistung über Wellenlängen hat sehr wichtig zur Berechnung von Energiegrößen beim Einsatz selektiver Strahlungsempfänger. Für diese Berechnungen wurde das Konzept der spektralen Dichte des Strahlungsflusses eingeführt [vgl. Formeln (157)-(159)].
In einem begrenzten Wellenlängenbereich haben wir jeweils:
Die durch die Formeln definierten Energiegrößen gelten auch für den sichtbaren Teil des Spektrums.
Grundlegende photometrische und Energiemengen, die ihre Formeln und Einheiten nach dem SI-System definieren, sind in der Tabelle angegeben. 5.
1. Strahlungsfluss. Das Konzept des Spektrums elektromagnetischer Strahlung. Das Prinzip der Messung der Strömungsverteilung über das Spektrum. Energiemengen.
Strahlungsfluss (Leistung) (F) yavl. die Hauptgröße im Energiesystem der Messungen. Als Strahlungsleistung (oder Strahlungsfluss) wird die pro Zeiteinheit übertragene Energie bezeichnet. Der Wert von F wird in Watt (W) ausgedrückt.
Bereich elektromagnetischer Wellen Zögern, n. in der Natur, ist ziemlich breit und erstreckt sich von Bruchteilen eines Angstroms bis zu einem Kilometer.
Spektrum der elektromagnetischen Strahlung, Mikrometer
Gammastrahlen _____________________________________ kleiner als 0,0001
Röntgenstrahlen ________________________________ 0,01-0,0001
Ultraviolette Strahlen ____________________________ 0,38-0,01
Sichtbares Licht ____________________________ 0,78-0,38
Infrarotstrahlen ________________________________1000-0,78
Funkwellen ______________________________ mehr als 1000
Nur ein Teil des Spektrums gehört zum optischen Bereich elektromagnetische Strahlung mit einem Wellenlängenintervall von λmin= 0,01 µm bis λmax=1000 µm Diese Strahlung entsteht durch elektromagnetische Anregung von Atomen, Vibration und Drehbewegung Moleküle.
BEIM optisches Spektrum Es lassen sich drei Hauptbereiche unterscheiden: ultraviolett, sichtbar, infrarot.
Ultraviolette Strahlung erzeugt die stärksten Photonen und hat eine starke photochemische Wirkung.
Die Emission von sichtbarem Licht ermöglicht es uns, trotz des ziemlich engen Intervalls, die ganze Vielfalt der Welt um uns herum zu sehen. Das menschliche Auge nimmt also Strahlung mit extremen Wellenlängenbereichen (sie haben eine schwache Wirkung auf das Auge) in der Praxis praktisch nicht wahr sichtbares Licht es ist üblich, Strahlung mit einem Wellenlängenbereich von 400–700 nm zu berücksichtigen. Diese Strahlung hat einen signifikanten photophysikalischen und photochemischen Effekt, jedoch weniger als Ultraviolett.
Photonen haben die minimale Energie aus dem gesamten optischen Bereich des Spektrums Infrarotstrahlung. Für diese Strahlung har-aber thermische Wirkung und zu einem großen Teil geringeren Grades, photophysikalisch und photochemisch. Handlung.
2. Das Konzept des Strahlungsempfängers . Empfängerreaktionen. Klassifizierung von Strahlungsempfängern. Lineare und nichtlineare Empfänger. Spektrale Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers.
Körper, in denen solche Umwandlungen unter Einwirkung optischer Strahlung stattfinden, erhalten in der Lichttechnik gemeinsamen Namen "Strahlungsempfänger"
Herkömmlicherweise werden Strahlungsempfänger unterteilt in:
1. Der natürliche Empfänger von Strahlung ist das menschliche Auge.
2. Lichtempfindliche Materialien, die zur optischen Aufzeichnung von Bildern verwendet werden.
3. Empfänger sind ebenfalls lichtempfindliche Elemente Messgeräte(Densitometer, Kolorimeter)
Optische Strahlung hat eine hohe Energie und beeinflusst daher viele Substanzen und Körper.
Durch die Absorption von Licht in Medien und Körpern ganze Linie Phänomene (Abbildung 2.1, Sir 48)
Ein Körper, der Strahlung absorbiert hat, beginnt selbst zu strahlen. Dabei kann die Sekundärstrahlung gegenüber der absorbierten einen anderen Spektralbereich aufweisen. N-r, unter Beleuchtung ultraviolettes Licht Körper sendet sichtbares Licht aus.
Die Energie der absorbierten Strahlung wird umgewandelt in elektrische Energie, wie im Fall des photoelektrischen Effekts, oder erzeugt eine Änderung elektrische Eigenschaften Material, das in Fotoleitern vorkommt. Solche Transformationen werden aufgerufen photophysikalisch.
Eine andere Art der photophysikalischen Transformation ist der Übergang von Strahlungsenergie in Wärmeenergie. Dieses Phänomen hat Anwendung in Thermoelementen gefunden, die zur Messung der Strahlungsleistung verwendet werden.
Die Strahlungsenergie wird in chemische Energie umgewandelt. Es findet eine photochemische Umwandlung einer lichtabsorbierenden Substanz statt. Diese Umwandlung findet in den meisten lichtempfindlichen Materialien statt.
Die Körper, in denen solche Umwandlungen unter Einwirkung optischer Strahlung stattfinden, haben in der Lichttechnik einen gebräuchlichen Namen erhalten. "Strahlungsempfänger"
Lineare nichtlineare Empfänger??????????????????
Spektrale Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers.
Unter Einwirkung optischer Strahlung im Empfänger findet eine photochemische und photophysikalische Umwandlung statt, die die Eigenschaften des Empfängers in vorgegebener Weise verändert.
Diese Änderung wird als nützliche Antwort des Empfängers bezeichnet.
Allerdings wird nicht die gesamte Energie der einfallenden Strahlung für eine nützliche Reaktion aufgewendet.
Ein Teil der Energie der Empfänger wird nicht absorbiert und kann daher keine Reaktion hervorrufen. Die aufgenommene Energie wird auch nicht vollständig in nutzbare umgewandelt. Beispielsweise kann zusätzlich zur photochemischen Umwandlung eine Erwärmung des Empfängers erfolgen. Praktisch genutzter Teil der genannten Energie. nützlich, und der praktisch genutzte Teil der Strahlungsleistung (Strahlungsfluss Ф) ist der effektive Fluss Ref.
Das Verhältnis des effektiven Flusses Ref zum auf den Empfänger einfallenden Strahlungsfluss
namens Empfindlichkeit des Empfängers.
Bei den meisten Empfängern hängt die spektrale Empfindlichkeit von der Wellenlänge ab.
Sλ= сРλ eff/Фλ und Рλ eff=КФλSλ
Die Größen heißen Фλ bzw. Рλ, der monochromatische Strahlungsfluss und der monochromatische effektive Fluss, und Sλ ist die monochromatische spektrale Empfindlichkeit.
Wenn man die Leistungsverteilung über das Spektrum Ф(λ) für die auf den Empfänger einfallende Strahlung und die spektrale Empfindlichkeit des Empfängers S(λ) kennt, kann man den effektiven Fluss nach der Formel – Реф=К ∫ Ф(λ )S(λ)dλ
Die Messung bezieht sich auf einen Bereich von ∆λ, der entweder durch die spektrale Empfindlichkeit des Empfängers oder durch den Spektralbereich der Messung begrenzt ist.
3.Eigenschaften des Auges als Empfänger. Lichtfluss. Sein Zusammenhang mit dem Strahlungsfluss. Sichtbarkeitskurve. Die Differenz zwischen Licht und Energie fließt im Bereich von 400-700 nm.
Merkmale des Auges als Empfänger.
Der Sehapparat besteht aus einem Strahlenempfänger (Augen), Sehnerven und Sehbereichen des Gehirns. In diesen Zonen werden die Signale, die sich in den Augen bilden und durch die Sehnerven eintreten, analysiert und in visuelle Bilder umgewandelt.
Der Strahlungsempfänger besteht aus zwei Augäpfeln, von denen sich jeder mit Hilfe von sechs äußeren Muskeln sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene leicht in der Umlaufbahn drehen kann. Bei der Untersuchung eines Objekts bewegen sich die Augen abrupt und fixieren abwechselnd verschiedene Punkte Objekt. Diese Bewegung ist von Natur aus vektoriell, d.h. die Richtung jedes Sprungs wird durch das betrachtete Objekt bestimmt. Die Sprunggeschwindigkeit ist sehr hoch, und die Fixationspunkte, an denen das Auge für 0,2-0,5 s stehen bleibt, befinden sich hauptsächlich an den Randbereichen von Details, wo es Helligkeitsunterschiede gibt. Während "Stops" ruht das Auge nicht, sondern macht schnelle Mikrobewegungen relativ zum Fixationspunkt. Trotz dieser Mikrosakkaden wird der beobachtete Bereich des Objekts an den Fixierungspunkten auf die zentrale Fovea der lichtempfindlichen Netzhaut der Augen fokussiert.
Abb.2.4 (Horizontalschnitt des Auges) S.56
Lichtfluss(F) Unter Lichtstrom versteht man im Allgemeinen die Strahlungsleistung, geschätzt anhand ihrer Wirkung auf das menschliche Auge. Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen (lm).
Die Einwirkung des Lichtstroms auf das Auge bewirkt dessen bestimmte Reaktion. Je nach Wirkungsstärke des Lichtstroms arbeitet die eine oder andere Art von lichtempfindlichen Augenempfängern, Stäbchen oder Zapfen genannt. Unter Bedingungen niedriges Niveau Beleuchtung (z. B. im Mondlicht) sieht das Auge aufgrund von Stäbchen die umgebenden Objekte. Beim hohe Levels Beleuchtung beginnt der Tagessehapparat zu arbeiten, wofür die Zapfen zuständig sind.
Außerdem werden Zapfen nach ihrer lichtempfindlichen Substanz mit unterschiedlicher Empfindlichkeit in drei Gruppen eingeteilt verschiedene Gebiete Spektrum. Anders als Stäbchen reagieren sie daher nicht nur auf den Lichtstrom, sondern auch auf dessen spektrale Zusammensetzung.
In diesem Zusammenhang können wir sagen, dass die Lichtwirkung zweidimensional ist. Quantitatives Merkmal Augenreaktionen im Zusammenhang mit der Beleuchtungsstärke, genannt. hell. Das zugeordnete Qualitätsmerkmal verschiedene Level Reaktionen von drei Gruppen von Zapfen, genannt Chromatizität.
Eine wichtige Eigenschaft yavl-Verteilungskurve der relativen spektralen Empfindlichkeit des Auges (relative spektrale Lichtausbeute) bei Tageslicht νλ =f(λ) Abb.1.3 S.9
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass das menschliche Auge unter Tageslichtbedingungen mit Lamda = 555 nm (V555 = 1) eine maximale Empfindlichkeit gegenüber Strahlung hat, gleichzeitig hat jede Lichtstromeinheit mit F555 eine Strahlungsleistung von Ф555 = 0,00146W Das Verhältnis des Lichtstroms F555 zu Ф555 wird genannt spektrale Lichtausbeute.
K= F555/F555=1/0,00146=680 (lm/W)
Oder für jede Wellenlänge der Strahlung im sichtbaren Bereich K=const:
K \u003d 1 / V (λ) * F λ / Ф λ \u003d 680. (ein)
Mit Formel (1) kann ein Zusammenhang zwischen dem Lichtstrom und dem Strahlungsstrom hergestellt werden.
Fλ = 680 * Vλ * Δλ
Für integrierte Strahlung
F= 680 ∫ Vλ Äλ dλ
4. Photoaktiver Fluss. Allgemeine Informationüber effizienten Fluss. Monochromatische und integrale Ströme. Aktinismus .
In der Licht- und Wiedergabetechnik werden zwei Arten von effektiven Flussmitteln verwendet: Licht F und photoaktinisches A.
Der Lichtstrom steht in Beziehung zur Leistung (Strahlungsstrom Ф) durch den folgenden Ausdruck:
F=680 ∫ Ä(λ) V(λ) dλ
400 Nanometer
wobei Ф(λ) die Verteilung der Strahlungsleistung über das Spektrum, V(λ) die relative spektrale Lichtausbeutekurve (Sichtbarkeitskurve) und 680 der Koeffizient ist, mit dem Sie von Watt zu Lumen wechseln können. Er wird Lichtstromäquivalent genannt und in lm/W ausgedrückt.
Fällt der Lichtstrom auf eine beliebige Fläche, so wird seine Flächendichte als Beleuchtungsstärke bezeichnet. Die Beleuchtungsstärke E wird durch die Formel mit dem Lichtstrom in Beziehung gesetzt
Wobei Q die Fläche in m ist Die Einheit der Beleuchtung ist Lux (kl)
Für lichtempfindliche Materialien und Fotodetektoren von Messgeräten verwenden photoaktinischer FlussEIN.
Dies ist der durch den Ausdruck definierte effiziente Fluss
A = ∫ Ä (λ) S (λ) dλ
Wird der Spektralbereich, in dem gemessen wird, durch die Wellenlängen λ1 und λ2 begrenzt, so gilt der Ausdruck für photoaktinischer Fluss wird die Form annehmen
A \u003d ∫ F (λ) * S (λ) dλ
λ1
Die Maßeinheit A hängt von der Maßeinheit der spektralen Empfindlichkeit ab. Wenn Sλ ist relativer Wert, und wird in Watt gemessen. Wenn Sλ eine Dimension hat, z.B.
m /J, dann beeinflusst dies die Dimension des photoaktinischen Flusses
Flächendichte des photoaktinischen Flusses auf der beleuchteten Fläche Aktivität der Naz-Strahlunga, a= da/ dQ
Wenn die Oberfläche des Empfängers gleichmäßig beleuchtet ist, dann ist a=A/Q.
Für monochromatische Strahlung.
Fλ = 680 * Vλ * Δλ
Für integrierte Strahlung
F= 680 ∫ Vλ Äλ dλ
Aktinismus- Beleuchtung analog. Seine Maßeinheit hängt vom Maß A ab
Wenn A - W, dann a-W / m
Abb.2.2 Seite 52
Je größer die Aktinizität der Strahlung ist, desto effizienter wird die Strahlungsenergie genutzt und desto mehr, mit anderen gleiche Bedingungen, wird die Antwort des Empfängers nützlich sein.
Um eine maximale Aktivität zu erreichen, ist es wünschenswert, dass die maximale spektrale Empfindlichkeit des Empfängers und die maximale Strahlungsleistung in dieselben Spektralzonen fallen. Diese Überlegung leitet die Auswahl einer Lichtquelle zum Erhalten von Bildern auf einem bestimmten Typ von lichtempfindlichen Materialien.
Zum Beispiel der Kopiervorgang.
Die zur Herstellung von Druckplatten verwendeten Kopierschichten sind empfindlich gegenüber ultravioletter und blauvioletter Strahlung. Zur Strahlung anderer Zonen sichtbares Spektrum sie reagieren nicht. Um den Kopiervorgang durchzuführen, verwenden sie daher
Metallhalogenidlampen, reich an ultravioletter und blauer Strahlung.
ABB. 2.3. Seite 53 Handbuch
5. Farbtemperatur. Leuchtkraftkurven eines absolut schwarzen Körpers bei unterschiedliche Temperaturen. Das Konzept einer normalisierten Kurve. Definition des Begriffs „Farbtemperatur“. Richtungsänderung der Farbe der Strahlung bei Änderung der Farbtemperatur.
Unter Farbtemperatur versteht man die Temperatur in Kelvin eines vollständig schwarzen Körpers, bei der die Strahlung die gleiche Farbe hat wie die betrachtete. Bei Glühlampen mit einem Wolframfaden ist die spektrale Strahlungsverteilung proportional zur spektralen Strahlungsverteilung eines vollständig schwarzen Körpers im Wellenlängenbereich von 360–1000 nm. Zur Berechnung spektrale Zusammensetzung Schwarzkörperstrahlung für eine gegebene Absolute Temperatur Erhitzen Sie es, können Sie die Planck-Formel verwenden:
e-5 s2/λt
Rλ \u003d C1 λ (e -1)
äh
Wobei Rλ die spektrale Energiehelligkeit ist, C1 und C2 Konstanten sind, e die Basis ist Natürliche Logarithmen, T-absolute Temperatur, K
Experimentell wird die Farbtemperatur durch den Wert des Blau-Rot-Verhältnisses der Aktinizitäten bestimmt. Aktinitäts-Beleuchtungsstärke, wirksam in Bezug auf den Photodetektor:
Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ
Wobei Ф der Strahlungsfluss ist, Sλ die Empfindlichkeit des Fotodetektors ist, Qλ seine Fläche ist
Wenn ein Belichtungsmesser als Fotodetektor verwendet wird, dann ist die Aktinizität die Beleuchtung, die bestimmt wird, wenn die Fotozelle mit Blau- und Rotlichtfiltern abgeschirmt wird.
Technisch wird die Messung wie folgt durchgeführt.
Die Fotozelle des Belichtungsmessers wird abwechselnd durch speziell ausgewählte Blau- und Rotlichtfilter abgeschirmt. Lichtfilter müssen zonal sein und in der Transmissionszone die gleiche Multiplizität aufweisen. Luxmeter-Galvanometer bestimmt die Beleuchtung von der gemessenen Quelle für jeden der Filter. Berechnen Sie das Blau-Rot-Verhältnis mit der Formel
K \u003d Ac / Ak \u003d Es / Ek
ZEITPLAN Seite 6 Laborsklave
Фλ. Dazu werden nach der Planck-Formel die Werte des Spektralbereichs verwendet Energie Leuchtkraft. Als nächstes wird die resultierende Funktion normalisiert. Die Rationierung besteht in einer proportionalen Verringerung oder Erhöhung aller Werte auf diese Weise
so dass die Funktion durch einen Punkt mit den Koordinaten λ= 560nm geht, lg R560 =2.0
oder λ = 560 nm, R560 rel = 100 In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass sich jeder Wert auf das Spektralintervall ∆λ bezieht, das dem Berechnungsschritt entspricht.
∆λ=10 nm, Leuchtkraft 100 W*m entsprechen einer Wellenlänge von 560 nm im Wellenlängenbereich von 555-565 nm.
Abb. 1.2 Page 7 Laborsklave
Unter Verwendung der spektralen Abhängigkeitsfunktion Rλ = f λ kann man die Funktionen E λ = Фλ = f λ finden. Verwenden Sie dazu die Formeln
E- Beleuchtung, R-Leuchtkraft, F- Energiefluss, Q-Bereich
6. Lichtquelle. ihre spektralen Eigenschaften. Klassifizierung von Lichtquellen nach der Art der Strahlung. Formel von Planck und Wien.
7. Photometrische Eigenschaften von Strahlungsquellen. Klassifizierung nach geometrische Größen: Punkt- und ausgedehnte Lichtquellen, photometrischer Körper.
Abhängig vom Verhältnis der Abmessungen des Strahlers und seiner Entfernung zum untersuchten Punkt des Feldes können Strahlungsquellen in 2 Gruppen eingeteilt werden:
1) Punktstrahlungsquellen
2) eine Quelle mit endlichen Abmessungen (lineare Quelle) Eine Strahlungsquelle, deren Abmessungen erheblich sind weniger Abstand zu dem untersuchten Punkt werden als Punkt bezeichnet. Als Punktquelle wird in der Praxis eine solche angesehen, deren maximale Größe mindestens 10 mal kleiner ist als der Abstand zum Strahlungsempfänger. Für solche Strahlungsquellen gilt das Abstandsgesetz.
E=I/r 2 Cosinus alpha, wobei alpha=Winkel zwischen dem Lichtstrahl und der Senkrechten zur Fläche C.
Wenn ab dem Punkt, an dem sich die punktförmige Strahlungsquelle befindet, beiseite gelegt werden verschiedene Richtungen Raum sind Vektoren der Einheitsstrahlungsstärke und zeichnen eine Fläche durch ihre Enden, dann erhalten wir einen PHOTOMETRISCHEN KÖRPER der Strahlungsstärke der Quelle. Ein solcher Körper charakterisiert vollständig die Verteilung des Strahlungsflusses einer gegebenen Quelle im umgebenden Raum
8. Strahlungsumwandlung durch optische Medien. Eigenschaften der Strahlungsumwandlung: Lichtkoeffizienten, Multiplizitäten, optische Dichten, die Beziehung zwischen ihnen. Filter Definition des Begriffs. Spektralkurve als universelle Filtercharakteristik.
Wenn der Strahlungsfluss Ф0 auf die trifft echter Körper(optisches Medium), ein Teil von Ф(ro) wird von der Oberfläche reflektiert, ein Teil von Ф(alpha) wird vom Körper absorbiert und ein Teil von Ф(tau) durchdringt ihn. Körperfähigkeit ( optische Umgebung) zu einer solchen Transformation ist durch den Reflexionskoeffizienten ro=Fro/Ф0, den Koeffizienten tau=Ftau/Ф0 gekennzeichnet.
Wenn die Koeffizienten durch die Umwandlung von Lichtströmen (F, lm) bestimmt werden, werden sie als Licht (photometrisch) bezeichnet.
Rosv \u003d Fo / Fo; Alphasw=Falpha/Fо;tausv=Ftau/Fо
Für optische und Lichtkoeffizienten gilt die Aussage, dass ihre Summe 1,0 beträgt (po + alpha + tau \u003d 1)
Es gibt zwei weitere Arten von Koeffizienten - monochromatisch und zonal. Erstere werten die Wirkung des optischen Mediums auf monochromatische Strahlung mit einer Wellenlänge von Lambda aus.
Die zonalen Koeffizienten schätzen die Umwandlung von Strahlung, die aus den Spektralzonen entlehnt wird (blau mit Delta Lambda = 400-500 nm, grün mit Delta Lambda = 500-600 nm und rot mit Delta Lambda = 600-700 nm)
9. Gesetz des Bouguer-Lambert-Beers. Gesetzlich gebundene Mengen. Additivität optischer Dichten als Hauptschlussfolgerung aus dem Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz. Lichtstreuungsindikatrien, Medientrübung. Arten der Lichtstreuung.
F 0 /F t = 10 kl , k-Absorptionsrate. Beer fand heraus, dass der Absorptionsindex auch von der Konzentration der lichtabsorbierenden Substanz c abhängt, k \u003d Xc, x ist der molare Absorptionsindex, ausgedrückt als Kehrwert der Schichtdicke, der das Licht bei einer Konzentration um das Zehnfache dämpft an lichtabsorbierender Substanz darin 1 mol/l.
Die letzte Gleichung, die das Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz ausdrückt, sieht folgendermaßen aus: F0 / Ft \u003d 10 hoch Xc1
Der von der Schicht transmittierte Lichtstrom hängt exponentiell über den molaren Absorptionsindex, die Schichtdicke und die Konzentration der lichtabsorbierenden Substanz mit dem verminderten Lichtstrom zusammen. Es folgt aus dem betrachteten Gesetz physikalische Bedeutung Konzepte der optischen Dichte. Durch Integration des Ausdrucks Ф0/Фт=10 hoch Xc1
Wir bekommen D \u003d X * s * l, diese. Optische Dichte Umgebung hängt von seiner Beschaffenheit ab, ist proportional zu seiner Dicke und der Konzentration an lichtabsorbierendem In-va. Da das Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz den Anteil des absorbierten Lichts durch den Anteil des durchgelassenen Lichts charakterisiert, berücksichtigt es nicht das reflektierte und gestreute Licht. Außerdem gilt die resultierende Beziehung, die das Bouger-Lambert-Beer-Gesetz ausdrückt, nur für homogene Medien und berücksichtigt nicht den Verlust der Lichtreflexion von der Oberfläche von Körpern. Abweichung vom Gesetz führt zur Nicht-Additivität optischer Medien.
Es wird genug verwendet, um Strahlung zu quantifizieren. weiter Kreis Größen, die bedingt in zwei Einheitensysteme unterteilt werden können: Energie und Licht. Dabei charakterisieren die Energiegrößen die Strahlung bezogen auf den gesamten optischen Bereich des Spektrums und die Beleuchtungsgrößen - bis sichtbare Strahlung. Die Energiemengen sind proportional zu den entsprechenden Beleuchtungsmengen.
Die Hauptmenge in Energiesystem, die es ermöglicht, die Strahlungsmenge zu beurteilen, ist Strahlungsfluss Ph, oder Strahlungsleistung, d.h. Energiemenge W, abgestrahlt, getragen oder pro Zeiteinheit absorbiert:
Der Fe-Wert wird in Watt (W) ausgedrückt. - Energieeinheit
In den meisten Fällen berücksichtigen sie die Quantennatur des Auftretens von Strahlung nicht und betrachten sie als kontinuierlich.
Ein qualitatives Merkmal der Strahlung ist die Verteilung des Strahlungsflusses über das Spektrum.
Für Strahlungen mit kontinuierlichem Spektrum wird das Konzept eingeführt spektrale Dichte des Strahlungsflusses (j l)- das Verhältnis der einem bestimmten schmalen Ausschnitt des Spektrums zuzuordnenden Strahlungsleistung zur Breite dieses Ausschnitts (Abb. 2.2). Für einen schmalen Spektralbereich dl der Strahlungsfluss ist dФ l . Die Ordinate zeigt die spektralen Dichten des Strahlungsflusses j l = dФ l /dl, Daher wird der Fluss durch die Fläche eines elementaren Abschnitts des Diagramms dargestellt, d.h.
Liegt das Emissionsspektrum innerhalb der Grenzen von l 1 Vor l 2, dann die Größe des Strahlungsflusses
Unter Lichtstrom F, verstehen im allgemeinen Fall die Stärke der Strahlung, geschätzt durch ihre Wirkung auf das menschliche Auge. Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen (lm). – Beleuchtungseinheit
Die Einwirkung des Lichtstroms auf das Auge bewirkt dessen bestimmte Reaktion. Je nach Wirkungsstärke des Lichtstroms arbeitet die eine oder andere Art von lichtempfindlichen Augenempfängern, Stäbchen oder Zapfen genannt. Bei schlechten Lichtverhältnissen (z. B. im Mondlicht) sieht das Auge aufgrund von Stäbchen die umgebenden Objekte. Bei starker Beleuchtung beginnt der Tagessehapparat, für den die Zapfen zuständig sind, zu arbeiten.
Darüber hinaus werden Zapfen nach ihrer lichtempfindlichen Substanz in drei Gruppen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit in verschiedenen Bereichen des Spektrums eingeteilt. Anders als Stäbchen reagieren sie daher nicht nur auf den Lichtstrom, sondern auch auf dessen spektrale Zusammensetzung.
Insofern kann man das sagen Lichtwirkung zweidimensional.
Das quantitative Merkmal der Reaktion des Auges, das mit der Beleuchtungsstärke verbunden ist, wird genannt Leichtigkeit. Das qualitative Merkmal, das mit dem unterschiedlichen Reaktionsniveau der drei Zapfengruppen verbunden ist, wird genannt Farbart.
Lichtintensität (I). In der Lichttechnik wird dieser Wert als angenommen Basic. Diese Wahl hat keine grundsätzliche Grundlage, sondern wird aus Gründen der Bequemlichkeit getroffen, da Die Lichtintensität ist entfernungsunabhängig.
Der Begriff der Lichtstärke bezieht sich nur auf Punktquellen, d.h. zu Quellen, deren Abmessungen im Vergleich zum Abstand von ihnen zur beleuchteten Fläche klein sind.
Die Lichtstärke einer Punktquelle in einer bestimmten Richtung ist pro Raumwinkeleinheit W Lichtfluss F von dieser Quelle in eine bestimmte Richtung emittiert:
Ich = F / Ω
Energie Die Lichtstärke wird in Watt pro Steradiant ( Di/Mi).
Hinter Beleuchtung Einheit der Lichtstärke wird akzeptiert Candela(cd) ist die Lichtstärke einer Punktquelle, die einen Lichtstrom von 1 lm emittiert, der gleichmäßig in einem Raumwinkel von 1 Steradiant (sr) verteilt ist.
Ein Raumwinkel ist ein Raumteil, der durch eine Kegelfläche und einen geschlossenen Raum begrenzt wird krummlinige Kontur, nicht durch den Scheitelpunkt der Ecke (Abb. 2.3). Beim Zusammendrücken einer Kegelfläche werden die Abmessungen der Kugelfläche o unendlich klein. Der Raumwinkel wird auch in diesem Fall infinitesimal:
Abbildung 2.3 - Zur Definition des Begriffs "Raumwinkel"
Beleuchtung (E). Unter energetischer Beleuchtung E e den Strahlungsfluss verstehen Flächeneinheit beleuchtete Fläche Q:
Energiebeleuchtung wird ausgedrückt in W / m 2.
Leichte Beleuchtung E ausgedrückt durch die Lichtstromdichte F auf der beleuchteten Fläche (Abb. 2.4):
Für die Einheit wird die Lichtbeleuchtung genommen Luxus, d.h. die Beleuchtung einer Fläche, die einen Lichtstrom von 1 lm empfängt, der gleichmäßig über eine Fläche von 1 m 2 verteilt ist.
Wichtig sind unter anderem Größen, die in der Lichttechnik verwendet werden Energie Strahlung Wir oder Lichtenergie W, sowie Energie Nein oder Licht H Exposition.
Die Werte We und W werden durch die Ausdrücke bestimmt
wo sind jeweils die Funktionen der zeitlichen Änderungen des Strahlungsflusses und des Lichtstroms. Wir wird in Joule oder Ws gemessen, a W- in lm s.
Unter Energie H e oder Belichtung verstehe Oberflächendichte Strahlungsenergie Wir oder Lichtenergie W jeweils auf der beleuchteten Fläche.
Also Belichtung h ist das Produkt der Erleuchtung E, erzeugt von der Strahlungsquelle, für eine gewisse Zeit t Wirkung dieser Strahlung.
Frage 2. Photometrische Größen und ihre Einheiten.
Die Photometrie ist ein Teilgebiet der Optik, das sich mit der Messung der Energieeigenschaften optischer Strahlung bei Ausbreitungs- und Wechselwirkungsprozessen mit Materie befasst. Die Photometrie verwendet Energiegrößen, die die Energieparameter optischer Strahlung unabhängig von ihrer Wirkung auf Strahlungsempfänger charakterisieren, sowie Lichtgrößen, die die physiologische Wirkung von Licht charakterisieren und durch die Wirkung auf das menschliche Auge oder andere Empfänger bewertet werden.
Energiemengen.
EnergieflussF e ist der Wert, numerisch gleich Energie W Strahlung, die pro Zeiteinheit einen Schnitt senkrecht zur Richtung der Energieübertragung durchläuft
F e = W/ t, Watt (Di).
Der Energiefluss entspricht der Kraft der Energie.
Die von einer realen Quelle in den umgebenden Raum abgestrahlte Energie wird über dessen Oberfläche verteilt.
Energie Leuchtkraft(Glanz) R e ist die Strahlungsleistung pro Flächeneinheit in alle Richtungen:
R e = F e / S, (Di/m 2),
jene. ist die Oberflächenstrahlungsflussdichte.
Energiekraft des Lichts (Strahlungskraft) ich e wird unter Verwendung des Begriffs einer Punktlichtquelle definiert – einer Quelle, deren Abmessungen im Vergleich zum Abstand zum Beobachtungspunkt vernachlässigt werden können. Energiekraft des Lichts ich e-Wert, gleich dem Verhältnis Strahlungsfluss F e Quelle zu Raumwinkel ω , in dem sich diese Strahlung ausbreitet:
ich e= F e / ω , (Di/Heiraten) - Watt pro Steradiant.
Ein Raumwinkel ist ein Teil des Raums, der von einer Kegelfläche begrenzt wird. Sonderfälle von Raumwinkeln sind dreiflächig und polyedrische Winkel. Fester Winkel ω gemessen am Flächenverhältnis S der durch diesen Raumwinkel ausgeschnittene Teil der Kugel, dessen Mittelpunkt der Scheitelpunkt der Kegelfläche ist, zum Quadrat des Kugelradius, d.h. ω = S/r 2. Eine vollständige Kugel bildet einen Raumwinkel gleich 4π Steradiant, d.h. ω = 4π r 2 /r 2 = 4π Heiraten.
Die Lichtintensität der Quelle hängt oft von der Strahlungsrichtung ab. Wenn es nicht auf die Strahlungsrichtung ankommt, wird eine solche Quelle als isotrop bezeichnet. Bei einer isotropen Quelle ist die Lichtstärke
ich e= F e /4π.
Bei einer ausgedehnten Quelle können wir von der Lichtstärke eines Elements ihrer Oberfläche sprechen dS.
Energiehelligkeit (Glanz) BEIM e ist ein Wert gleich dem Verhältnis der Energieintensität von Licht Δ ich e-Element der strahlenden Fläche auf den Bereich ∆S Projektionen dieses Elements auf eine Ebene senkrecht zur Beobachtungsrichtung:
BEIM e = Δ ich e / ∆ S. [(Di/(sr.m 2)].
Energiebeleuchtung (Bestrahlung) E e charakterisiert den Beleuchtungsgrad der Fläche und ist gleich der Größe des Strahlungsflusses aus allen Richtungen, der auf die Einheit der beleuchteten Fläche ( Di/m 2).
In der Photometrie wird das Abstandsquadratgesetz (Keplersches Gesetz) verwendet: die Beleuchtung einer Ebene aus einer senkrechten Richtung von einer Punktquelle mit einer Kraft ich e in der Ferne r daraus ist gleich:
E e = ich e/ r 2 .
Abweichung des Strahls optischer Strahlung von der Senkrechten zur Oberfläche um einen Winkel α führt zu einer Abnahme der Beleuchtung (Lambertsches Gesetz):
E e = ich e cos α /r 2 .
Wichtige Rolle bei der Messung der Energieeigenschaften von Strahlung spielen die zeitliche und spektrale Verteilung ihrer Kräfte eine Rolle. Wenn die Dauer der optischen Strahlung kürzer als die Beobachtungszeit ist, wird die Strahlung als gepulst angesehen, und wenn sie länger ist, als kontinuierlich. Quellen können Strahlung abgeben verschiedene Längen Wellen. Daher wird in der Praxis das Konzept des Strahlungsspektrums verwendet - die Verteilung der Strahlungsleistung auf einer Wellenlängenskala λ (oder Frequenzen). Fast alle Quellen strahlen in verschiedenen Teilen des Spektrums unterschiedlich.
Für ein unendlich kleines Intervall von Wellenlängen dλ Der Wert jeder photometrischen Größe kann anhand ihrer spektralen Dichte angegeben werden. Zum Beispiel die spektrale Energiedichte der Leuchtkraft
R eλ = dW/dλ,
wo dW ist die von einer Flächeneinheit pro Zeiteinheit im Wellenlängenbereich abgestrahlte Energie λ Vor λ + dλ.
Leichte Mengen. Bei optischen Messungen werden verschiedene Strahlungsempfänger verwendet, deren spektrale Charakteristika der Empfindlichkeit gegenüber Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterschiedlich sind. Die spektrale Empfindlichkeit des Fotodetektors für optische Strahlung ist das Verhältnis des Werts, der den Grad der Reaktion des Empfängers charakterisiert, zum Fluss oder zur Energie der monochromatischen Strahlung, die diese Reaktion verursacht. Unterscheiden Sie zwischen der absoluten spektralen Empfindlichkeit, ausgedrückt in benannten Einheiten (z. B. SONDERN/Di wenn die Empfängerantwort gemessen wird SONDERN) und die dimensionslose relative spektrale Empfindlichkeit ist das Verhältnis der spektralen Empfindlichkeit bei einer gegebenen Strahlungswellenlänge zu höchster Wert spektrale Empfindlichkeit oder spektrale Empfindlichkeit bei einer bestimmten Wellenlänge.
Die spektrale Empfindlichkeit eines Photodetektors hängt nur von seinen Eigenschaften ab, sie ist für verschiedene Empfänger unterschiedlich. Relative spektrale Empfindlichkeit menschliches Auge v(λ ) ist in Abb. 5.3.
Das Auge reagiert am empfindlichsten auf Strahlung mit einer Wellenlänge λ =555 nm. Funktion v(λ ) für diese Wellenlänge wird gleich Eins genommen.
Bei gleichem Energiefluss ist die visuell geschätzte Lichtintensität für andere Wellenlängen geringer. Die relative spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges für diese Wellenlängen erweist sich als Weniger als eins. Zum Beispiel bedeutet der Wert der Funktion, dass das Licht einer bestimmten Wellenlänge eine doppelt so große Energieflussdichte haben muss wie das Licht, für das , damit die visuellen Empfindungen gleich sind.
Das Lichtmengensystem wird unter Berücksichtigung der relativen spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges eingeführt. Daher unterscheiden sich Lichtmessungen, die subjektiv sind, von objektiven Energiemessungen, und für sie werden Lichteinheiten eingeführt, die nur für sichtbares Licht verwendet werden. Die Grundeinheit des Lichts im SI-System ist die Lichtstärke - Candela (CD), die gleich der Lichtintensität in einer bestimmten Richtung einer Quelle ist, die monochromatische Strahlung mit einer Frequenz von 5,4 · 10 · 14 aussendet Hertz, dessen Energieintensität in dieser Richtung 1/683 W/sr beträgt. Alle anderen Lichtmengen werden in Candela ausgedrückt.
Die Definition von Lichteinheiten ist ähnlich wie bei Energieeinheiten. Zur Messung von Lichtmengen werden spezielle Techniken und Geräte verwendet - Photometer.
Lichtfluss . Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen (lm). Sie ist gleich dem Lichtstrom, der von einer isotropen Lichtquelle mit einer Potenz von 1 ausgestrahlt wird CD innerhalb eines Raumwinkels von einem Steradiant (bei gleichmäßigem Strahlungsfeld innerhalb des Raumwinkels):
1 lm = 1 CD·ein Heiraten.
Erfahren Es wurde festgestellt, dass der Lichtstrom von 1 lm durch Strahlung mit einer Wellenlänge gebildet wird λ = 555nm entspricht einem Energiefluss von 0,00146 Di. Lichtstrom im 1 lm, gebildet durch Strahlung mit einer anderen Wellenlänge λ , entspricht dem Energiefluss
F e = 0,00146/ v(λ ), Di,
jene. ein lm = 0,00146 Di.
Erleuchtung E- Wert um das Verhältnis des Lichtstroms gewickelt F Einfall auf der Oberfläche, in den Bereich S diese Oberfläche:
E = F/S, Luxus (OK).
1 OK– Flächenbeleuchtung, pro 1 m 2 in die der Lichtstrom fällt 1 lm (1OK = 1 lm/m 2). Für Beleuchtungsmessungen werden Geräte verwendet, die den Fluss optischer Strahlung aus allen Richtungen messen - Luxmeter.
Helligkeit R C (Leuchtkraft) einer leuchtenden Fläche in irgendeiner Richtung φ ist eine Größe, die gleich dem Verhältnis der Lichtstärke ist ich in dieser Richtung zum Platz S Projektion einer leuchtenden Fläche auf eine Ebene senkrecht zu diese Richtung:
R C= ich/(S cos φ ), (CD/m 2).
Im Allgemeinen ist die Helligkeit von Lichtquellen unterschiedlich z verschiedene Richtungen. Quellen, deren Helligkeit in alle Richtungen gleich ist, werden als Lambertian oder Kosinus bezeichnet, da der von einem Element der Oberfläche einer solchen Quelle emittierte Lichtstrom proportional zu cosφ ist. Streng genommen erfüllt diese Bedingung nur ein absolut schwarzer Körper.
Jedes Photometer mit einem begrenzten Betrachtungswinkel ist im Wesentlichen ein Leuchtdichtemessgerät. Spektral u räumliche Aufteilung Helligkeit und Beleuchtung können Sie alle anderen photometrischen Größen durch Integration berechnen.
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