Цвет и свет - Луизов А.В.
ISBN 5-283-04410-5
Скачать (прямая ссылка):
<3-6>
где da — элемент поверхности, на которую падает поток dO.
Единица освещенности — люкс, размерность лм X X м-2. Если свет падает на поверхность Да по нор мали, Да = г2Дсо, где г—расстояние от источника света до освещаемой поверхности. Вместе с тем по формуле (3.2) ДФ = /До). Подставив оба выражения в (3.6), после сокращения получим
Е = Цг2. (3.7)
Формула (3.7) имеет простой физический смысла освещенность поверхности, поставленной перпендику лярно к лучам света, равна силе света источника, деленной на квадрат расстояния от него.
Освещенные предметы отражают или рассеивают часть упавшего на них света и приобретают некото рую яркость L, сами становясь вторичными источник
22
ками света. Белый экран, обладающий равномерно-диффузным отражением с коэффициентом отражения р, при освещенности Е приобретает яркость L:
L — — E. (3.8)
3,3. СВЕТОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Рассеиваемый предметами свет попадает в глаз человека и создает на сетчатке изображение наблюдаемой картины. Освещенность изображения предмета на сетчатке пропорциональна яркости предмета. Яркость — это та фотометрическая величина, которую мы непосредственно ощущаем. Приближаясь к предмету или удаляясь от него, мы не замечаем изменения его яркости. При удалении, например, световой поток, попадающий от предмета в наш зрачок, уменьшается, но и изображение предмета уменьшается так, что освещенность изображения остается постоянной. Отсюда — постоянство ощущения яркости предмета, непосредственная правильная оценка ее глазом.
Глаз с большой точностью устанавливает равенство двух яркостей, при благоприятных условиях с погрешностью 1 % и даже меньше [40]. Поэтому на сравнении двух яркостей основана почти вся визуальная фотометрия. (Исключение составляет только звездный фотометр, в котором сравниваются два точечных источника света, воспринимаемые как равнояркие, если они создают одинаковые освещенности на зрачке.)
На рис. 3.1 изображена схема простейшего фотометра, позволяющего измерить силу света лампы. На схеме Л0 — лампа, сила света которой /о известна; П—белая рассеивающая призма, левая грань которой освещается лампой Л0, находящейся от нее на расстоянии г0. Правая грань освещается лампой Л\, силу света которой 1\ требуется измерить. Человек, производящий измерение, смотря со стороны ребра призмы, в котором обе грани сходятся, видиг и одновременно. Если правая грань ярче левой, он отодвигает лампу Ли если темнее — придвигает ее, пока не будет найдено расстояние Г\, при котором яр сости окажутся равными. Так как коэффициент Д Фузного отражения р обеих граней призмы
23
Рис. 3.1. Схема простейшего фотометра
одинаков, то согласно формуле (3.8) равенство ярко стей означает равенство освещенностей Е0 и Еь от куда по формуле (3.7) следует
Современные фотометры устроены сложнее. Призма в них обычно заменена фотометрическим ку биком, который состоит из двух стеклянных ПрИЗМ' посаженных на оптический контакт диагональньт плоскостями. В этих плоскостях вытравлены особс формы углубления, нарушающие оптический контак Когда два пучка света направляются на диагонал ную плоскость кубика под углом 45° и перпендик лярно друг другу, часть каждого пучка в одш местах отражается (там, где контакт между стекл ми нарушен, происходит полное внутреннее отраж ние), а в других проходит сквозь кубик. Наблюд тель, смотрящий на кубик с определенной сторон его, видит сложное переплетение полей, причем яр кости частей, обозначенных буквой Э (рис. 3.2), соз
(3.9
даны источником, сила свет^ которого известна, а чаете! Л — измеряемым источником При таком переплетении яр костей равенство их можно
Рис. 3.2. Картина, видимая наблю дателем при фотометрировании с пса мощью кубика
аиовить особенно точно. Ослабление потока от одного из источников теперь достигается не только удалением его, но и другими способами: введением н штральных фильтров и клиньев, поляризационными
.устройствами.
3.4. СПЕКТРАЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
Установить связь между энергетическими и световыми величинами можно, только изучив спектральную чувствительность глаза. Из всего спектра электромагнитных излучений глаз воспринимает как свет лишь небольшую область, примерно одну октаву, от 380 до 760 нм. Но и в этом узком интервале чувствительность к разным длинам волн весьма различна. Как же ее измерить?
Для наглядности представим сначала грубую схему возможного эксперимента. Рядом поставлены два белых экрана. На один из них направляется излучение монохроматического источника с длиной волны Х0, мощностью Р0, а на другой — излучение с длиной волны ?ч, мощность которого варьируют до тех пор, пока не установят равенство яркостей обоих экранов; пусть это случится при мощности Р\. Яркости равны, визуальный эффект одинаков, а мощности различны. Ясно, что чувствительность У(А,) тем больше, чем меньше затрачиваемая мощность. Отсюда V, (Я) Р0
Vo {%)~~РГ (ЗЛ0^
Получив такие выражения для многих излучений с длинами волн Xu h2, ...,Хп и т. д., нашли ту длину волны, для которой чувствительность максимальна, и эту чувствительность приняли за единицу. Остальные чувствительности выразили в этих единицах и получили для каждой длины волны Я величину, которая обозначается У(Х) и называется относительной спектральной световой эффективностью. Фактически измерение 1/(А) — весьма сложная задача, так как очень трудно уравнивать яркости двух полей разного Цвета. Тут применялось в основном два метода: метод малых ступеней и метод мигающего фотометра. По первому методу каждый раз сравнивались излучения, мало отличающиеся по длине волны и, следовательно, по цвету. Недостаток этого метода в том, Чт° при переходе от одного цвета к другому через
