Для оценки энергии излучения и ее действия на приемники излучения, к которым относятся фотоэлектрические устройства, тепловые и фотохимические приемники, а также глаз, используют энергетические и световые величины.

Энергетическими величинами являются характеристики оптического излучения, относящиеся ко всему оптическому диапазону.

Глаз долгое время был единственным приемником оптического излучения. Поэтому исторически сложилось так, что для качественной и количественной оценки видимой части излучения применяются световые (фотометрические) величины, пропорциональные соответствующим энергетическим величинам.

Выше было приведено понятие о потоке излучения относящееся ко всему оптическому диапазону. Величиной, которая в системе световых величин соответствует потоку излучения,

является световой поток Ф, т. е. мощность излучения, оцениваемая стандартным фотометрическим наблюдателем.

Рассмотрим световые величины и их единицы, а затем найдем связь этих величин с энергетическими.

Для оценки двух источников видимого излучения сравнивается их свечение в направлении на одну и ту же поверхность. Если свечение одного источника принять за единицу, то сравнением свечения второго источника с первым получим величину, называемую силой света.

В Международной системе единиц СИ за единицу силы света принята кандела определение которой утверждено XVI Генеральной конференцией (1979 г.).

Кандела - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет

Сила света, или угловая плотность светового потока,

где световой поток в определенном направлении внутри телесного угла

Телесный угол представляет собой ограниченную произвольной конической поверхностью часть пространства. Если из вершины этой поверхности как из центра описать сферу, то площадь участка сферы, отсекаемая конической поверхностью (рис. 85), будет пропорциональна квадрату радиуса сферы:

Коэффициент пропорциональности и есть значение телесного угла.

Единица телесного угла - стерадиан который равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. Полная сфера образует телесный угол

Рис. 85. Телесный угол

Рис. 86. Излучение в телесном угле

Если источник излучения находится в вершине прямого кругового конуса, то выделяемый в пространстве телесный угол ограничивается внутренней полостью этой конической поверхности. Зная значение плоского угла между осью и образующей конической поверхности, можно определить соответствующий ему телесный угол.

Выделим в телесном угле бесконечно малый угол вырезающий на сфере бесконечно узкий кольцевой участок (рис. 86). Этот случай относится к наиболее часто встречающемуся осесимметричному распределению силы света.

Площадь кольцевого участка где расстояние от оси конуса до узкого кольца шириной

Согласно рис. где радиус сферы.

Поэтому откуда

Телесный угол, соответствующий плоскому углу

Для полусферы телесный угол для сферы -

Из формулы (160) следует, что световой поток

Если сила света не меняется при переходе от одного направления к другому, то

Действительно, если источник света с силой света поместить в вершине телесного угла то на любые площадки, ограничиваемые конической поверхностью, выделяющей в пространстве этот телесный угол, поступает один и тот же световой поток Возьмем указанные площадки в виде участков концентрических сфер с центром в вершине телесного угла. Тогда, как показывает опыт, степень освещения этих площадок обратно пропорциональна квадратам радиусов этих сфер и прямо пропорциональна размеру площадок.

Таким образом, имеет место следующее равенство: т. е. формула (165).

Приведенное обоснование формулы (165) действительно только в том случае, когда расстояние между источником света и освещаемой площадкой достаточно велико по сравнению с размерами источника и когда среда между источником и освещаемой площадкой не поглощает и не рассеивает световую энергию.

Единицей светового потока является люмен (лм), представляющий собой поток в пределах телесного угла при силе света источника, расположенного в вершине телесного угла, равной

Освещение площадки нормальной к падающим лучам, определяется отношением которое называется освещенностью Е:

Формула (166), так же как и формула (165), имеет место при условии, что сила света I не меняется при переходе от одного направления к другому в пределах данного телесного угла. В противном случае эта формула будет справедливой лишь для бесконечно малой площадки

Если падающие лучи с нормалью к освещаемой площадке образуют углы то формулы (166) и (167) изменятся, так как освещаемая площадка увеличится. В результате получим:

При освещении площадки несколькими источниками ее освещенность

где число источников излучения, т. е. общая освещенность равна сумме освещенностей, получаемых площадкой от каждого источника.

За единицу освещенности принята освещенность площадки при падении на нее светового потока (площадка нормальна к падающим лучам). Эта единица называется люксом

Если размерами источника излучения пренебречь нельзя, то для решения ряда задач необходимо знать распределение светового потока этого источника по его поверхности. Отношение светового потока, исходящего от элемента поверхности, к площади этого элемента называется светимостью и измеряется в люменах на квадратный метр Светимость также характеризует распределение отраженного светового потока.

Таким образом, светимость

где площадь поверхности источника.

Отношение силы света в заданном направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению, называется яркостью.

Следовательно, яркость

где угол между нормалью к площадке и направлением силы света

Подставив в формулу (172) значение [см. формулу (160)), получим, что яркость

Из формулы (173) следует, что яркость является второй производной от потока по телесному углу к площади.

Единицей яркости является кандела на квадратный метр

Поверхностная плотность световой энергии падающего излучения называется экспозицией:

В общем случае освещенность, входящая в формулу (174), может изменяться во времени

Экспозиция имеет большое практическое значение, например, в фотографии и измеряется в люкс-секундах

Формулы (160)-(174) используют для вычисления как световых, так и энергетических величин, во-первых, для монохроматического излучения, т. е. излучения с определенной длиной волны, во-вторых, при отсутствии учета спектрального распределения излучения, что, как правило, имеет место в визуальных оптических приборах.

Спектральный состав излучения - распределение мощности излучения по длинам волн имеет большое значение для вычисления энергетических величин при использовании селективных приемников излучения. Для этих вычислений было введено понятие о спектральной плотности потока излучения [см. формулы (157)- (159)].

В ограниченном диапазоне длин волн соответственно имеем:

Энергетические величины, определяемые формулами относятся и к видимой части спектра.

Основные фотометрические и энергетические величины, определяющие их формулы и единицы по системе СИ приведены в табл. 5.

1.Поток излучения. Понятие о спектре электромагнитных излучений. Принцип измерений распределения потока по спектру. Энергетические величины.

Поток(мощность) излучения(Ф) явл. основной величиной в энергетической сис-ме измерений. За мощность (или поток) излучения принимают энергию , переносимую в единицу времени. Величину Ф выражают в ваттах(Вт).

Диапазон волн электромаг. колебаний, сущ. в природе, достаточно широк и простирается от долей ангстрема до километра.
Спектр электромагнитных излучений, мкм

Гамма лучи _____________________________________ менее 0,0001

Рентгеновские лучи_______________________________ 0,01-0,0001

Ультрафиолетовые лучи____________________________ 0,38-0,01

Видимый свет_____________________________________ 0,78-0,38

Инфракрасные лучи ________________________________1000-0,78

Радиоволны­­­­­­­­­­­­­________________________________________ более 1000

К оптической области спектра относится лишь часть электромагнитного излучения с интервалом длин волн от λmin= 0,01 мкм до λmax=1000мкм.Такое излучение создается в результате электромагнитного возбуждения атомов, колебательного и вращательного движения молекул.

В оптической спектра можно выделить три основные области: ультраф., видимую, инфракрасную.

Ультрафиолетовое излучение дает самые мощные фотоны и обладает сильным фотохимическим действием.

Излучение видимого света, несмотря на довольно узкий интервал, позволяют видеть все многообразие окружающего нас мира. Так так человеческий глаз практически не воспринимает излучения с крайними диапазонами длин волн(они оказывают на глаз слабое воздействие),на практике видимым светом принято считать излучение с диапазоном длин волн 400-700 нм. Это излучение обладает значительным фотофизическим и фотохимическим действием, но меньше, чем ультрафиолетовое.

Минимальной энергией из всей оптической области спектра обладают фотоны инфракрасного излучения. Для этого излучения хар-но тепловое действие и, в значительно меньшей степени, фотофизическое и фотохимич. действие.

2.Понятие о приемнике излучения . Реакции приемника. Классификация преемников излучения. Линейные и нелинейные приемники. Спектральная чувствительность приемника излучения .

тела, в которых происходят такие преобразования под действием оптического излучения, получили в светотехнике общее название «приемники излучения»

Условно приемники излучения делятся на:

1.Естественнымприемником излучения является человеческий глаз.

2.Светочувствительныематериалы, служащие для оптической записи изображений.

3.Приемниками являются также светочувствительные элементы измерительных приборов (денситометров, колориметров)

Оптическое излучение обладает высокой энергией и поэтому воздействует на многие вещества и физические тела.

В результате поглощения света в средах и телах возникает целый ряд явлений (рис 2.1,сир 48)

Тело поглотившее излучение, само начинает излучать. При этом вторичное излучение может иметь другой спектральный диапазон, по сравнению с поглощенным. Н-р, при освещении ультрафиолетовым светом тело испускает видимый свет.

Энергия поглощенного излучения переходит в электрическую энергию, как в случает фотоэффекта , или производит изменение электрических свойств материала, что происходит в фотопроводниках. Такие превращения наз. фотофизическими.

Другой тип фотофизического превращения- переход энергии излучения в тепловую энергию. Это явление нашло применение в термоэлементах, используемых для измерения мощности излучения.

Энергия излучения переходит в химическую энергию. Проходит фотохимическое превращение поглотившего свет вещества. Такое преобразование происходит в большинстве светочувствительных материалов.

Тела, в которых происходят такие преобразования под действием оптического излучения, получили в светотехнике общее наз. «приемники излучения»

Линейные нелинейные приемники??????????????????

Спектральная чувствительность приемника излучения.

Под действием оптического излучения в приемнике происходит фотохимическое и фотофизическое превращение, заданным образом изменяющее свойства приемника.

Это изменение называют полезной реакцией приемника.

Однако не вся энергия упавшего излучения расходуется на полезную реакцию.

Часть энергии приемников не поглощается и поэтому реакции вызвать не может. Поглощенная энергия также не полностью преобразуется полезно. Н-р, помимо фотохимического превращения может происходить нагревание приемника. Практически используемая часть энергии наз. полезной, а практически используемая часть мощности излучения (потока излучения Ф)- эффективным потоком Рэф.

Отношение эффективного потока Рэф к упавшему на приемник потоку излучения

наз. светочувствительностью приемника.

У большинства приемников спектральная чувствительности зависит от длины волны.

Sλ= сРλ эф/Фλ и Рλ эф=КФλSλ

Величины называют Фλ и Рλ соответственно монохроматическим потоком излучения и монохроматическим эффективным потоком, а Sλ- монохроматической спектральной чувствительностью.

Зная распределение мощности по спектру Ф(λ) для излучения, падающего на приемник, и спектральную чувствительность приемника S(λ),можно рассчитать эффективный поток по формуле – Рэф=К ∫ Ф(λ)S(λ)dλ

Измерение относится к диапазону ∆λ , ограниченному либо спектральной чувствительностью приемника, либо спектральным диапазоном измерения.

3.Особенности глаза как приемник. Световой поток. Его связь с потоком излучения. Кривая видимости. Различие светового и энергетического потоков в диапазоне 400-700 нм.
Особенности глаза как приемник.

Зрительный аппарат состоит из приемника излучения(глаз), зрительных нервов и зрительных зон головного мозга. В этих зонах сигналы, формирующиеся в глазах и поступающие через глазные нервы, анализируют и превращаются в зрительные образы.

Приемник излучения представляет собой два глазных яблока, каждое из которых с помощью шести наружных мышц может легко поворачиваться в глазнице как в горизонт, так и вертикальной плоскости. При рассматривании объекта глаза скачкообразно перемещаются, поочередно фиксируясь на различных точках объекта. Это перемещение носит векторный характер , т.е. направление каждого скачка определяется рассматриваемым объектом. Скорость скачка очень велика, а точки фиксации, на которых глаз останавливается на 0,2-0,5с, располагаются в основном на границах деталей, где имеются перепады яркостей. Во время «остановок»глаз не находиться в состоянии покоя, а совершает быстрые микроперемещения относительно точки фиксации. Несмотря на эти микросаккады, в точках фиксации происходит фокусирование наблюдаемого участка объекта на центральной ямке светочувствительной сетчатки из глаз.

Рис.2.4 (Горизонтальное сечение глаза) стр.56

Световой поток (F) Под световым потоком, в общем случае, понимают мощность излучения, оцененную по его действию на человеческий глаз. Единицей измерения светового потока является люмен (лм).

Действие светового потока на глаз вызывает его определенную реакцию. В зависимости от уровня действия светового потока работает тот или иной вид светочувствительных приемников глаза, называемых палочками или колбочками. В условиях низкого уровня освещенности (н-р, при свете Луны) глаз видит окружающие предметы за счет палочек. При высоких уровнях освещенности начинается работать аппарат дневного зрения, за который ответственны колбочки.

Кроме того, колбочки по своему светочувствительному веществу делятся на три группы с разной чувствительностью в различных областях спектра. Поэтому в отличие от палочек они реагируют не только на световой поток, но и на его спектральный состав.

В связи с этим можно сказать, что световое действие двумерно. Количественная характеристика реакции глаза, связанная с уровнем освещения, наз. световой. Качественная характеристика, связанная с различным уровнем реакции трех групп колбочек, наз цветностью.

Важной характеристикой явл кривая распределения относительной спектральной чувствительности глаза(относительной спектральной световой эффективности) при дневном свете νλ =f(λ) Рис.1.3 стр.9

На практике установлено , что в условиях дневного освещения максимальную чувствительность человеческий глаз имеет к излучению с Лямда=555 нм (V555=1) При этом каждую единицу светового потока с F555 приходится мощность излучения Ф555=0,00146Вт.Отношение светового потока F555 к Ф555 называется спектральной световой эффективностью.
К= F555/Ф555=1/0,00146=680 (лм/Вт)

Или для любой длины волны излучения видимого диапазона К=const:

К=1/V(λ) *F λ /Ф λ =680. (1)

Используя формулу (1) можно установить связь между световым потоком и потоком излучения.

Fλ = 680 *Vλ * Фλ

Для интегрального излучения

F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ

4.Фотоактиничный поток. Общие сведения об эффективном потоке. Монохроматический и интегральный потоки. Актиничность .

В светотехнике и репродукционной технике используется два вида эффективных потоков: световой F и фотоактиничный А.

Световой поток связан с мощностью(потоком излучения Ф) след выражением:

F=680 ∫ Ф(λ) V(λ) dλ

400 нм
гдеФ(λ) –распределение мощности излучения по спектру, V(λ) – кривая относительной спектральной световой эффективности (кривая видимости), а 680- коэффициент, позволяющий перейти от ватт к люменам. Его называют световым зквивалентом потока излучения и выражают в лм/Вт.

Если световой поток падает на какую-либо поверхность, его поверхностная плотность называется освещенностью. Освещенность Е связана со световым потоком формулой

Где Q-площадь в м Единица освещенности – люкс(кл)

Для светочувствительных материалов и фотоприемников измерительных приборов используют фотоактиничный поток A . Это эффективный поток, определяемый выражением
А = ∫ Ф (λ) S (λ) dλ

Если спектральный диапазон, в котором производится измерение, ограничен длинами волн λ1 и λ2 , то выражение для фотоактиничного потока примет вид

А = ∫ Ф(λ) * S (λ) dλ

λ 1
Единица измерения А завидит от единицы измерения спектральной чувствительности. Если Sλ – относительная величина, А измеряется в ваттах. Если Sλ имеет размерность, н-р

м /Дж, то это скажется на размерности фотоактиничного потока

Поверхностная плотность фотоактиничного потока на освещаемой поверхности наз актиничностью излучения a , a = dA / dQ

Если поверхность приемника освещена равномерно, то а=А/Q.

Для монохроматического излучения.

Fλ = 680 *Vλ * Фλ

Для интегрального излучения

F= 680 ∫ Vλ Фλ dλ

Актиничность- аналог освещенности. Ее единица измерения зависит от размерности А

Если А – Вт, то а-Вт/м

Рис.2.2 стр 52

Чем больше актиничность излучения, тем эффективней используется энергия излучения и тем больше, при прочих равных условиях, будет полезна реакция приемника.

Для достижения максимальной актиничности желательно, чтобы максим спектральная чувствительность приемника и максим мощность излучения приходилась на одни и те же зоны спектра. Этим соображением руководствуется при подборе источника света для получения изображений на конкретном типе светочувствительных материалов.

Н-р, копировальный процесс.

Копировальные слои,используемые для изготовления печатных форм, чувствительны к ультрафиолетовым и сине-фиолетовым излучениям. На излучение других зон видимого спектра они не реагируют. Поэтому для проведения копировального процесса применяют

Металлогалогенные лампы, богатые излучением ультрафиолетовой и синей зон спектра.

РИС 2.3. Стр 53 пособие

5. Цветовая температура. Кривые светимости абсолютного черного тела при разных температурах. Понятие нормированной кривой. Определение термина «цветовая температура». Направление изменение цветности излучения с изменением цветовой температуры.

Цветовая температура означает температуру в кельвинах абсолютно черного тела, при котором излучение имеет ту же цветность, что и рассматриваемое. Для ламп накаливания с вольфрамовой нитью спектральное распределение излучения пропорционально спектральному распределению излучения абсолютно черного тела в диапазоне длин волн 360-1000 нм. Для расчета спектрального состава излучения абсолютно черного тела при заданной абсолютной температуре его нагрева, можно воспользоваться формулой Планка:

э -5 с 2 / λ t

Rλ =С1 λ (е -1)
э

Где Rλ-спектральная энергетическая светимость, С1 и С2 – константы, е-основание натуральных логарифмов, T-абсолютная температура,К

Экспериментально цветовую температуру определяют по величине сине-красного отношения актиничностей. Актиничность-освещенность, эффективная по отношению к фотоприемнику:

Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ
Где Ф- лучистый поток, Sλ – чувствительность фотоприемника,Qλ-его площадь

Если в качестве фотоприемника использован люксметр , то актиничностью явл освещенность, определенная при экранировании фотоэлемента синим и красным светофильтрами.

Технически измерение производится следующим образом.

Фотоэлемент люксметра попеременно экранируется специально подобранными синим и красным светофильтрами. Светофильтры должны быть зональными и иметь одинаковую кратность в зоне пропускания. По гальванометру люксметра определяют освещенность от измеряемого источника за каждый из светофильтров. Рассчитывают сине-красное отношение по формуле

К = Ас / Ак = Ес / Ек

ГРАФИК стр 6 лаб раб

Фλ. Для этого по формуле Планка рассчитывают значения спектральной энергетической светимости. Далее проводят нормирование полученной функции. Нормирование заключается в пропорциональном уменьшении или увеличении всех значений таким

образом, чтобы функция проходила через точку с координатами λ= 560нм, lg R560 =2,0

или λ= 560 нм, R560 отн = 100 При этом считается, что каждое значение относится к спектральному интервалу ∆λ,соответствующему шагу расчета.

∆λ=10 нм, светимость 100 Вт*м соответствуют длине волны 560 нм в интервале длин волн 555-565 нм.

Рис 1.2 Стр 7 лаб раб

По функции спектральной зависимости Rλ = f λ можно найти функции E λ = Фλ = f λ Для этого необходимо воспользоваться формулами

E- освещенность,R-светимость, Ф- энергетический поток, Q- площадь
6. Источник света. Их спектральная характеристика. Классификация источников света по типу излучения. Формула Планка и Вина.
7. Фотометрические свойства источников излучения. Классификация по геометрическим величинам: точечный и протяженный источники света, фотометрическое тело.

В зависимости от соотношения размеров излучателя и расстояния его до исследуемой точки поля источники излучения можно условно разделить на 2 группы:

1)точечные источники излучения

2) источник конечных размеров(линейный источник) Источник излучения у которого размеры значительно меньше расстояния до исследуемой точки называются точечными. На практике за точечный источник принимают такой, максимальный размер которого не менее чем в 10 раз меньше расстояния до приемника излучения. Для таких источников излучения соблюдается закон обратных квадратов расстояния.

Е=I/r 2 косинус альфа, где альфа=угол между лучом света и перпендируляром к поверхности С.

Если из точки в которой расположен точечный источник излучения отложить в различных направлениях пространства вкторы единичной силы излучений и через их концы провести поверхность, то получиться ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ТЕЛО силы излучения источника. Такое тело полностью характеризует распределение потока излучения данного источника в окружающем его пространстве

8. Преобразование излучений оптическими средами. Характеристики преобразования излучения: световые коэффициенты , кратности, оптические плотности, связь между ними. Светофильтры Определение термина. Спектральная кривая, как универсальная характеристика светофильтра.

При попадании потока излучения Ф0 на реальное тело (оптическую среду) часть его Ф(ро) отражается поверхностью, часть Ф(альфа) поглощается телом, а часть Ф(тау) проходит через него. Способность тела (оптической среды) к подобному преобразованию характеризуется коэффициентом отражения ро=Фро/Ф0, коэффициентом тау=Фтау/Ф0.

Если коэффициенты определяются по преобразованию световых потоков (F,лм), то их называют световыми (фотометрическими)

Росв = Fо/Fо; Альфасв=Fальфа/Fо;таусв=Fтау/Fо

Для оптических и световых коэффициентов справедливо утверждение, что их сумма равна 1,0(ро+альфа+тау=1)

Имеется еще два рода коэффициентов – монохроматические и зональные. Первые оценивают действие оптической среды на монохроматическое излучение с длиной волны лямда.

Зональные коэффициенты оценивают преобразование излучения, занимающего из зон спектра(синюю с дельта лямда = 400- 500 нм, зеленую с дельта лямда=500-600 нм и красную с дельта лямда= 600-700 нм)

9. Закон Бугера-Ламберта-Беера. Величины, связываемые законом. Аддитивность оптических плотностей, как основной вывод из закона Бугера-Ламберта-Беера. Индикатрисы светорассеяния, мутность сред. Типы светорассеяния.

F 0 /F t =10 kl , k-показатель поглощения. Беер установил что показатель поглощения зависит также от концентрации светопоглощаемого в-ва с, к=Хс, х- молярный показатель поглощения, выражающийся числом обратным толщине слоя, ослабляющего свет в 10 раз при концентрации светопоглощающего в-ва в нем 1 моль/л.

Окончательно уравнение выражающее закон Бугера- ламберта- беера, выглядит сл образом: Ф0/Фт=10в степени Хс1

Световой поток пропущенный слоем связан с упавшим потоком экспоненциально через молярный показатель поглощения, толщину слоя и концентрацию светопоглощающего в-ва. Из рассмотренного закона вытекает физический смысл понятия оптической плотности. Проинтегрировав выражение Ф0/Фт=10в степени Хс1

Получим Д=Х*с*л, те. Оптическая плотность среды зависит от ее природы, пропорциональна ее толщине и концентрации светопоглощающего в-ва. Так как закон бугера- ламберта- беера характеризует долю поглощенного света через долю света прошедшего то он не учитывает отраженный и рассеянный свет. Кроме того полученное соотношение выражающее закон бугера- ламберта- беера справедливо только для гомогенных сред и не учитывает потери отражения света от поверхности тел. Отклонение от закона приводит к неаддитивности оптических сред.

Для количественной оценки излучения используется достаточно широкий круг величин, который условно можно разделить на две системы единиц: энергетическую и световую. При этом энергетические величины характеризуют излучение, относящееся ко всей оптической области спектра, а светотехнические величины – к видимому излучению. Энергетические величины пропорциональны соответствующим светотехническим величинам.

Основной величиной в энергетической системе, позволяющей судить о количестве излучения, являетсяпоток излучения Фэ , или мощность излучения , т.е. количество энергии W , излучаемой, переносимой или поглощаемой в единицу времени:

Величину Фэ выражают в ваттах (Вт). – энергетическая единица

В большинстве случаев не учитывают квантовую природу возникновения излучения и считают его непрерывным.

Качественной характеристикой излучения является распределение потока излучения по спектру .

Для излучений, имеющих сплошной спектр, вводится понятие спектральной плотности потока излучения (  ) – отношение мощности излучения, приходящейся на определенный узкий участок спектра, к ширине этого участка (рис. 2.2). Для узкого спектрального диапазона d  поток излучения равен dФ  . По оси ординат отложены спектральные плотности потока излучения   = dФ  /d  , поэтому поток представляется площадью элементарного участка графика, т.е.

Рисунок 2.2 – Зависимость спектральной плотности потока   излучения от длины волны 

Если спектр излучения лежит в границах от 1 до  2 , то величина потока излучения

Под световым потоком F , в общем случае, понимают мощность излучения, оцененную по его действию на человеческий глаз. Единицей измерения светового потока является люмен (лм) . – светотехническая единица

Действие светового потока на глаз вызывает его определенную реакцию. В зависимости от уровня действия светового потока работает тот или иной вид светочувствительных приемников глаза, называемых палочками или колбочками. В условиях низкого уровня освещенности (например, при свете Луны) глаз видит окружающие предметы за счет палочек. При высоких уровнях освещенности начинает работать аппарат дневного зрения, за который ответственны колбочки.

Кроме того, колбочки по своему светочувствительному веществу делятся на три группы с разной чувствительностью в различных областях спектра. Поэтому в отличие от палочек они реагируют не только на световой поток, но и на его спектральный состав.

В связи с этим можно сказать, что световое действие двумерно .

Количественная характеристика реакции глаза, связанная с уровнем освещения, называется светлотой. Качественная характеристика, связанная с различным уровнем реакции трех групп колбочек, называется цветностью .

Сила света (I ). В светотехнике эта величина принята за основную . Такой выбор не имеет принципиальной основы, а сделан из соображений удобства, так как сила света не зависит от расстояния.

Понятие силы света относится лишь к точечным источникам, т.е. к источникам, размеры которых малы по сравнению с расстоянием от них до освещаемой поверхности.

Сила света точечного источника в некотором направлении есть приходящийся на единицу телесного угла  световой поток Ф , излучаемый этим источником в данном направлении:

I = Ф / Ω

Энергетическая сила света выражается в ваттах на стерадиан (Вт/ср ).

За светотехническую единицу силы света принята кандела (кд) – сила света точечного источника, который испускает световой поток в 1 лм, распределенный равномерно внутри телесного угла в 1 стерадиан (ср).

Телесным углом называется часть пространства, ограниченная конической поверхностью и замкнутым криволинейным контуром, не проходящим через вершину угла (рис. 2.3). При сжатии конической поверхности размеры сферической площади о становятся бесконечно малыми. Телесный угол в этом случае также становится бесконечно малым:

Рисунок 2.3 – К определению понятия «телесный угол»

Освещенность (Е). Под энергетической освещенностью Е э понимают поток излучения на единицу площади освещаемой поверхности Q :

Энергетическая освещенность выражается в Вт/м 2 .

Световая освещенность Е выражается плотностью светового потока F на освещаемой им поверхности (рис. 2.4):

За единицу световой освещенности принят люкс , т.е. освещенность поверхности, получающей равномерно распределенный по ней световой поток в 1 лм на площади в 1 м 2 .

Среди других величин, используемых в светотехнике, важными являются энергия излучения W э или световая энергия W , а также энергетическая Нэ или световая Н экспозиция.

Величины Wэ и W определяются выражениями

где – соответственно функции изменения потока излучения и светового потока во времени. Wэ измеряется в джоулях или Вт с, a W – в лм с.

Под энергетической Н э или световой экспозицией понимают поверхностную плотность энергии излучения W э или световой энергии W соответственно на освещаемой поверхности.

То есть светов ая экспозиция H это произведение освещенности E , создаваемой источником излучения, на время t действия этого излучения.

Для количественной оценки излучения используется достаточно широкий круг величин, который условно можно разделить на две системы единиц: энергетическую и световую. При этом энергетические величины характеризуют излучение, относящееся ко всей оптической области спектра, а светотехнические величины – к видимому излучению. Энергетические величины пропорциональны соответствующим светотехническим величинам.

Основной величиной в энергетической системе, позволяющей судить о количестве излучения, является поток излучения Фэ , или мощность излучения , т.е. количество энергии W , излучаемой, переносимой или поглощаемой в единицу времени:

Величину Фэ выражают в ваттах (Вт). – энергетическая единица

В большинстве случаев не учитывают квантовую природу возникновения излучения и считают его непрерывным.

Качественной характеристикой излучения является распределение потока излучения по спектру .

Для излучений, имеющих сплошной спектр, вводится понятие спектральной плотности потока излучения (j l) – отношение мощности излучения, приходящейся на определенный узкий участок спектра, к ширине этого участка (рис. 2.2). Для узкого спектрального диапазона dl поток излучения равен dФ l . По оси ординат отложены спектральные плотности потока излучения j l = dФ l /dl, поэтому поток представляется площадью элементарного участка графика, т.е.

Если спектр излучения лежит в границах от l 1 до l 2 , то величина потока излучения

Под световым потоком F , в общем случае, понимают мощность излучения, оцененную по его действию на человеческий глаз. Единицей измерения светового потока является люмен (лм) . – светотехническая единица

Действие светового потока на глаз вызывает его определенную реакцию. В зависимости от уровня действия светового потока работает тот или иной вид светочувствительных приемников глаза, называемых палочками или колбочками. В условиях низкого уровня освещенности (например, при свете Луны) глаз видит окружающие предметы за счет палочек. При высоких уровнях освещенности начинает работать аппарат дневного зрения, за который ответственны колбочки.

Кроме того, колбочки по своему светочувствительному веществу делятся на три группы с разной чувствительностью в различных областях спектра. Поэтому в отличие от палочек они реагируют не только на световой поток, но и на его спектральный состав.

В связи с этим можно сказать, что световое действие двумерно .

Количественная характеристика реакции глаза, связанная с уровнем освещения, называется светлотой. Качественная характеристика, связанная с различным уровнем реакции трех групп колбочек, называется цветностью .

Сила света(I). В светотехнике эта величина принята за основную . Такой выбор не имеет принципиальной основы, а сделан из соображений удобства, так как сила света не зависит от расстояния.

Понятие силы света относится лишь к точечным источникам, т.е. к источникам, размеры которых малы по сравнению с расстоянием от них до освещаемой поверхности.

Сила света точечного источника в некотором направлении есть приходящийся на единицу телесного угла W световой поток Ф , излучаемый этим источником в данном направлении:

I = Ф / Ω

Энергетическая сила света выражается в ваттах на стерадиан (Вт/ср ).

За светотехническую единицу силы света принята кандела (кд) – сила света точечного источника, который испускает световой поток в 1 лм, распределенный равномерно внутри телесного угла в 1 стерадиан (ср).

Телесным углом называется часть пространства, ограниченная конической поверхностью и замкнутым криволинейным контуром, не проходящим через вершину угла (рис. 2.3). При сжатии конической поверхности размеры сферической площади о становятся бесконечно малыми. Телесный угол в этом случае также становится бесконечно малым:

Рисунок 2.3 – К определению понятия «телесный угол»

Освещенность (Е). Под энергетической освещенностью Е э понимают поток излучения на единицу площади освещаемой поверхности Q :

Энергетическая освещенность выражается в Вт/м 2 .

Световая освещенность Е выражается плотностью светового потока F на освещаемой им поверхности (рис. 2.4):

За единицу световой освещенности принят люкс , т.е. освещенность поверхности, получающей равномерно распределенный по ней световой поток в 1 лм на площади в 1 м 2 .

Среди других величин, используемых в светотехнике, важными являются энергия излучения Wэ или световая энергия W , а также энергетическая Нэ или световая Н экспозиция.

Величины Wэ и W определяются выражениями

где – соответственно функции изменения потока излучения и светового потока во времени. Wэ измеряется в джоулях или Вт с, a W – в лм с.

Под энергетической Н э или световой экспозицией понимают поверхностную плотность энергии излучения Wэ или световой энергии W соответственно на освещаемой поверхности.

То есть световая экспозиция H это произведение освещенности E , создаваемой источником излучения, на время t действия этого излучения.