Фотометрия

Фотометрия. Основные световые величины
Фотометрией называется раздел оптики, занимающийся измерением
световых потоков и величин, связанных с такими потоками.
Что такое световой поток? Всякая реальная световая волна представляет
собой наложение волн с длинами, заключенными в интервале Δλ. Например, в
белом свете Δλ охватывает диапазон от 0,40 мкм до 0,76 мкм. Если Δλ<<λ, свет
называется квазимонохроматический («квази» – мнимо).
Функция распределения определяет распределение потока энергии по
длинам волн:
   
dФЭ
, где dФЭ – поток энергии, приходящиеся на длины волн от 
d
до   d .
Зная вид    можно определить поток энергии, переносимой волнами,
заключенными в конечном интервале от 1 до  2 :
2
Фэ      d .
1
Действие света на
глаз в сильной степени зависит от длины волны.
Чувствительность глаза к
излучению разной длины
волны дается кривой относительной
спектральной
чувствительности V   или
кривой видности:
Для характеристики
интенсивности света с учетом его способности вызывать зрительное ощущение
введена величина Ф , называемая световым потоком:
dФ  V   dФЭ или dФ  V     d .
Полный световой поток:

Ф   V     d .
0
Ясно, что световой поток определяется как поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению.
СИЛА СВЕТА
Источник света, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями от места наблюдения до источника, называется точечным. Для характеристики точечных источников света применяется сила
света I:
dФ
,
d
где dФ – световой поток, излучаемый источником в пределах телесного
угла d .
I
В общем случае сила света зависит от направления. Если I не зависит от
направления, то источник света называется изотропным. Для изотропного
источника:
Ф
,
4
где Ф – полный световой поток, излучаемый источником по всем
I
направлениям.
Единица силы света – 1 кандела (кд), является одной из основных единиц
СИ (система интернациональная). Кандела – сила света в данном направлении
от источника, испускающего монохроматическое излучение 540∙1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1,683 Вт ср .
СВЕТОВОЙ ПОТОК
Из определения силы света следует
dФ  Id .
Единица светового потока является 1 люмен (лм). Он равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света в 1 кд в пределах те лм 
.
 ср 
лесного угла в один стерадиан – 1лм  1
ОСВЕЩЕННОСТЬ
Степень освещенности поверхности характеризуется величиной
E
dФ
,
dS
называемой освещенностью. Здесь
dФ – световой поток, падающий на
элемент поверхности dS . Единицей
измерения освещенности является 1
люкс (лк), равный освещенности, создаваемой потоком в 1 лм, равномерно распределяемый по поверхности
площади в 1 м2 – 1лк   1
лм 
.
2
 м 
Для точечного источника света:
dS cos 
dФ  Id, d 
, где  –
2
r
угол падения.
Используя полученные соотно-
шения и определение освещенности получим для точечного источника света:
I cos 
E
.
r2
СВЕТИМОСТЬ
Светимость М различных участков протяженного источника определяет
световой поток, испускаемый единицей площади наружу по всем направлениям:
dФ
,
dS
где dФ – световой поток, испускаемый наружу по всем направлениям
элементом поверхности dS источника.
M
Если светимость обусловлена его освещенностью, то
M  E , где  – коэффициент отражения.
Светимость измеряется в единицах 1
лм
.
м2
ЯРКОСТЬ
Для характеристики излучения или отражения света в заданном направлении служит физическая величина, которую называют
яркость и обозначают L.
d 2Ф
dI
L

, где  – угол
ddS cos dS cos

между нормалью n и направлением телесного угла d .
В общем случае L  L( , ) . Единицей
 лм 
2 .
 м 
измерения яркости является L   1
Источник, яркость которого одинакова по всем направлениям (L = const)
называется ламбертовским. Для такого источника М  L .
В случае излучающей поверхности конечной площади S
L
dФ
.
dS cos 