Цвет и свет - Луизов А.В.
ISBN 5-283-04410-5
Скачать (прямая ссылка):
10.4. ОБЪЕКТИВНЫЕ КОЛОРИМЕТРЫ
БЕЗ СПЕКТРАЛЬНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ СВЕТА
В технике уже давно используются фотоэлементы, т. е. приборы, переводящие световую энергию в электрическую. Широкое применение получили фотоэлектрические люксметры, позволяющие определять освещенность чувствительной части прибора по отклонению стрелки амперметра (милли- или микроамперметра), шкала которого обычно градуирована в люксах. Сила тока и текущего в цепи фотоэлемента, зависит не только от энергетической освещенности приемной части прибора, но и от спектрального состава света, от спектральной плотности мощности Рх.
Обозначим спектральную чувствительность фотоэлемента 5(Я). Она равна той силе фототока di, которая возникает под влиянием мощности dP при длине волны X:
sm^~. (юл)
Полный ток I, даваемый фотоэлементом под влиянием света, спектральная плотность мощности которого /\, найдем по формуле
оо
f= J PxS{%)dh. (10.2)
о
Эта формула напоминает формулу (3 13) для светового потока Ф. Если бы удалось создать такой
фотоэлемент, для которого 5(Я) была бы пропорциональна К(^), т. е. выполнялось условие
S{X)*=aV {Л), (10.3)
121
где а — постоянный множитель, сила тока i была бы пропорциональна Е— освещенности приемной части фотоэлемента. Однако таких фотоэлементов найти не удается. Приходится идти по другому пути: подбирать светофильтр с таким спектральным пропусканием т(А,), чтобы удовлетворялось условие
т(Я)5(Л) = аУ(Я). (10.4)
, Если приемную часть фотоэлемента покрыть таким фильтром, сила фототока i будет пропорциональна измеряемой освещенности Е. Пределы интегрирования от 0 до оо не должны нас смущать, так как на границах видимой части спектра произведение t(X)S(A,), так же как и У(Я), близко к нулю.
Удалось создать люксметры, достаточно хорошо «подогнанные под глаз», т. е. работающие с практически приемлемой точностью.
Взглянем теперь на формулы (8.22) для х', у' и z’. В них вместо 5 (Я) стоят ординаты кривых сложения *(Х), у(Х) и 2(Я). Действуя так же, как при создании люксметра, следует подобрать три фильтра с пропусканиями ti(X), т2(А,) и тз(Я), такими, чтобы соблюдались условия
%i {1) S (X) = ах (Л); т2 (X) S {I) = ау (Л);
т3 (Л) S (Я) == az (Я).
Пучок света, идущий от исследуемого образца, направляют на фотоэлемент, а затем перекрывают пучок последовательно первым фильтром, получив силу тока ii,. вторым — получив силу тока *2, и третьим — получив силу тока t3. Эти три силы тока пропорциональны координатам цвета образца. Если при этом известен и коэффициент пропорциональности а, легко получить координаты цвета х\ у' и г'. К сожалению, этот метод прост только в теории.
Подобрать фильтры, оказывается, очень трудно \ и всегда только приближенно можно удовлетворить формулам (10.5). Особую трудность создает координата х': кривая л:(А,) имеет два максимума (см.
1 Можно, конечно, для каждой координаты света подбирать свой фотоэлемент со своей чувствительностью Si(X). Но обычно меняют только фильтры при том же фотоэлементе. Вообще же применяют фотоэлементы кислородно-цезиевые, сурьмяно-цезиевые и мультшцелочные,
122
рис. 8.2). Упростить задачу подбора фильтров можно, используя обходной путь решения задачи. Можно, например, для координат у' и г' подобрать фильтры, руководствуясь формулами (10.5), и таким образом получить у' = ш2 и z' = ai3, a xi(X) подобрать так, чтобы координата х' оказалась линейной комбинацией сил тока i\, i2 и г3. Один из примеров конкрег-» ного решения задачи таков:
у' = ai2; z' — aiz\ х' = 2,9524^ — 2,1720г3 + 0,2196/3.
(Ю.6)
При таком решении чувствительность каждого из трех фотоэлементов, исправленная фильтрами, имеет только один максимум, что значительно облегчает подбор фильтров. Конечно, приведенное здесь решение задачи — далеко не единственное.
В Советском Союзе фотоэлектрический колориметр КНО-2 был создан под руководством Д. А. Шкловера [60].
10.5. КОЛОРИМЕТРЫ С МАСКАМИ
Мы можем точно знать, какое спектральное пропускание т(Х) должен иметь фильтр, работающий с фотоэлементом, но осуществить фильтр с таким пропусканием очень трудно. Радикально помочь может только разложение света в спектр. Различные части спектра мы можем в любой степени ослабить, воспроизводя необходимую нам кривую спектрального пропускания. Проще всего ослабление с помощью маски, что можно пояснить рисунком 10.5. Прямоугольник внизу изображает спектр исследуемого излучения в пределах видимой области. Часть
МастХ Маска Y Маска Z
Рис. 10.5. Схема колориметра с масками
123
спектра закрыта экраном — маской (зачерненной на рисунке). Чем ниже в данной области спектра экран, тем меньше света этой длины волны пройдет дальше. Маске можно придать любую форму, по произволу варьируя спектральное пропускание системы [19, 20].
Изображенная на рис. 10.5 схема колориметра с масками, пожалуй, не требует пояснений. Внизу отдельно показаны маски для получения координат цвета х', у' и z'. Видим, что два максимума для х(Х) воспроизводятся без всяких затруднений [23].
10.6. КОЛОРИМЕТРЫ С ЭВМ
Если в колориметре применено спектральное разложение света, цвет которого нужно измерить, можно определить мощность отдельных участков спектра, т. е. снять спектральную плотность мощности Ризучаемого света. А если определена Ръ координаты цвета можно вычислить по формулам (8.22). По такому принципу работают современные объективные колориметры, причем интегрирование по формулам (8.22) производится автоматически с помощью ЭВМ.
