10. Оптоэлектронные приборы

10.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФОТОМЕТРИИ

Человеческий глаз воспринимает как видимый свет электромагнитные колебания в диапазоне от 400 до 700 нм. Цветовое ощущение определяется длиной волны, а яркость - интенсивностью светового потока. Для количественного определения яркости необходимы некоторые фотометрические величины. Световым потоком называется величина, характеризуемая числом квантов электромагнитного излучения (фотонов), прошедших за единицу времени через заданное поперечное сечение Единицей измерения светового потока является люмен (лм). Для характеристики яркости источника света величина светового потока не подходит, так как она зависит от площади рассматриваемого поперечного сечения и расстояния до источника света. Для точечного источника света, обладающего центральной симметрией, световой поток пропорционален телесному углу Этот угол определяется как отношение плошади сферической поверхности к квадрату радиуса и является безразмерной величиной Единицей измерения этого угла является стерадиан Вся поверхность сферы, в центре которой находится источник света, охватывает телесный угол, равный

Конус с углом раскрытия охватывает телесный угол

Если угол раскрытия конуса равняется то телесный угол, охватываемый таким конусом, составляет около Для малого телесного угла сферическую поверхность можно заменить плоскостью, перпендикулярной его оси; тогда

где расстояние до центра сферической поверхности.

Так как световой поток точечного источника света пропорционален телесному углу то яркость источника света можно характеризовать величиной называемой силой света. Единицей силы света является кандела Таким образом, источник света имеет силу света, равную если он излучает в пределах телесного угла в световой поток, равный Для точечного источника света, имеющего центральную симметрию, общий излучаемый световой поток составляет Согласно определению, за принимается сила света излучающего абсолютно черного тела площадью при температуре затвердевания платины Примерно такую силу света имеет сильное пламя свечи. Для ламп накаливания можно написать следующее приближенное соотношение: где номинальная электрическая мощность лампы.

Для источников, имеющих относительно большую поверхность излучения, вводится понятие яркости источника света где площадь проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения. Если перпендикуляр к поверхности излучения образует с направлением наблюдения угол то Единицей яркости источника света является стильб (сб),

Мерой того, насколько ярко представляется наблюдателю поверхность является освещенность Единицей измерения освещенности является люкс Освещенность земной поверхности в полнолуние составляет от 0,1 до Газету можно уже читать при освещенностях от 0,5 до Освещенность письменного стола должна составлять от 500 до При ярком дневном свете величина освещенности может достигать

Рис. 10.1. К определению зависимости между снлой света и освещенностью.

Таблица 10.1 (см. скан) Некоторые фотометрические величины

Определим теперь, какую освещенность создает точечный источник света заданной яркости на заданном расстоянии (рис. 101).

Для определения освещенности предположим, что площадь элемента поверхности мала по сравнению с величиной а этот элемент расположен перпендикулярно оси При этом телесный угол опирающийся на элемент с вершиной в точке согласно формуле (10.2), равен

Световой поток, испускаемый источником света в пределах этого угла, согласно определению, составит

При этом для величины освещенности получим

Таким образом, освещенность обратно пропорциональна расстоянию до источника света.

Так как квант света имеет энергию, равную то для каждой частоты электромагнитных колебаний существует определенное соотношение между мощностью светового излучения и световым потоком Для света с длиной волны это соотношение имеет вид

Отсюда следует соотношение для освещенности

Выше уже говорилось, что лампа накаливания мощностью имеет силу света около Таким образом, она излучает в пространство световой поток

При длине волны светового излучения это соответствует мощности излучения Таким образом, коэффициент полезного действия лампы накаливания

Наряду с рассмотренными фотометрическими единицами находят применение, особенно в американской технической литературе, и другие единицы, которые приведены в табл. 10.1.