48131_p1

Приоритетный национальный проект «Образование»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий,
механики и оптики
Кафедра Компьютерной фотоники
ПРЕЗЕНТАЦИЯ № 1
по дисциплине
ЕН.Ф.06 - ОСНОВЫ ОПТИКИ
Доцент, к.т.н. - Е.В. Жукова
1
Лекция № 1
МОДУЛЬ 3.
ФОТОМЕТРИЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
ТЕМА 3.1
ФОТОМЕТРИЯ И КОЛОРИМЕТРИЯ
ТЕМА ПРЕЗЕНТАЦИИ:
Фотометрия.
Методы фотометрии
2
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И СВЕТОВАЯ СИСТЕМЫ
ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Энергетическая
система
Световая система
1
X υ  K m  V ( ) X e, d
2
Km= 683 лм·Вт -1
максимальная световая
эффективность
= 555 нм
(1)
Xe, - спектральная плотность
фотометрической величины в
энергетической системе
X - фотометрическая
величина в световой системе
dX e
X e, 
d
(2)
X e,  X e,
c

2
(3)
3
V() - относительная спектральная всетовая эффективность
монохроматического излучения для дневного зрения
K
V () 
Km
V()
K 
, нм
Фυ,
Фe,
(4)
(5)
K - спектральная
световая эффективность
дневное зрение - max= 555 нм
ночное зрение
- max = 507 нм
4
ОСНОВНЫЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И
ЕДИНИЦЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ
dQe
Фе 
dt
dФe
Ee 
dA
(6)
dФ
Je 
  Le cos dA
d
(9)
A
(7)
d 2Фe
(8)
Le 
dA  cos  d
dФe
Me 

dA
H e   Ee dt
 Le cosd
2
(10)
(11)
t
5
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
Рис. 1. К определению
понятия «поток лучистой
энергии»
d 
 cosi
R
2
(12)
d  sin dd
(13)
Рис. 2. К выводу
выражения телесного
угла в полярных
координатах
Фe 
2

0

d  J e,, sin d (14)
0
6
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
Рис. 3. К определению
понятия яркости
протяженного источника
Диффузное пропускание и
отражение
Eυ (15)
rE υ (16)
Lυ 
Lυ 


Рис. 4. Плоский
диск и полусфера,
подчиняющиеся
закону Ламберта
Закон Ламберта
J υ  J υ max cos 
(17)
7
ЕДИНИЦЫ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Таблица 1. Энергетические величины
№
п.п.
Наименование
фотометрической величины
1.
Поток излучения
2.
Сила излучения
3.
Энергетическая светимость
4.
Облученность
5.
Энергетическая яркость
Основное
уравнение
dQ e
dt
dФе
Je 
d
dФе
Me 
dA1
dФе
Ee 
dA2
Фe 
d 2Фe
Le 

(ddA1 cos)

6.
7.
Энергетическая экспозиция
Энергетическое освечивание
dI e
(dA1 cos)
He 
e 
Единицы измерения
Вт
Вт/ср
Вт/м2
Вт/м2
Вт/срм2
t2
 E e ( t ) dt
Втс/м2=Дж/м2
 J e ( t ) dt
Втс/ср=Дж/ср
t1
t2
t1
ЕДИНИЦЫ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Таблица 2. Световые величины
№
п.п.
Наименование
фотометрической величины
1.
Световой поток излучения
2.
Сила излучения
3.
Светимость
4.
Освещенность
5.
Яркость
Основное
уравнение
dQ υ
Фυ 
dt
dФυ
Jυ 
d
dФυ
Mυ 
dA1
dФυ
Eυ 
dA2
d 2Фυ
Lυ 

(ddA1 cos)

dI υ
(dA1 cos)
6.
Световая экспозиция
Hυ 
7.
Освечивание
υ 
Единицы
измерения
лм
кд=лм/ср
лм/м2
лк=лм/м2
кд/м2=лм/срм2
t2
 E υ ( t ) dt
лкс
 J υ ( t ) dt
кдс
t1
t2
t1
9
ЕДИНИЦЫ СВЕТОВЫХ ВЕЛИЧИН
Рис. 5. Световой эталон:
1 - платина;
2 - трубочка из плавленной окиси тория;
3 - сосуд из плавоенной окиси тория;
4 - засыпка из окиси тория;
5 - сосуд из кварца
1 м. св = 1,005 кд
1 нит = 1 кдм2
1 стильб = 104 кдм2
1 апостильб =-1 кдм2
1 ламберт =104 -1 кдм2
10
МЕТОДЫ ФОТОМЕТРИИ
Визуальные
методы
Объективные
методы
• Закон квадратов расстояний
E1 r22

E2 r12
(18)
• Закон косинусов
I1 cos 1

I 2 cos  2
(19)
• Закон Тальбота
L1 n

L2 2
(20)
11
СВЕТООСЛАБЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
• Поляроиды
а)
• Поляризаторы
• Фотометрические клинья
• Светофильтры
• Диафрагмы
• Сетки
б)
Рис. 6. Фотометрические
ослабители:
а) фотометрические клинья;
б) фотометрический диск
12
а)
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЛЕЙ
СРАВНЕНИЯ
Порог контрастной
чувствительности глаза
L , кд м2
б)
Рис.7. Фотометрический
кубик Люммера:
а) образование полей сравнения;
б) вид поля сравнения
L
L
100 %
102
1-2
10-1
5-6
10-3
30
10-5
100
13
ВИЗУАЛЬНЫЙ ФОТОМЕТР
Рис. 8. Схема
фотометра ЛюммераБродхуна:
L1,, L2 - два сравниваемые
источника света;
S - диффузно рассеивающий
белый экран;
S1,S2 - зеркала;
P1P2 - кубик Люммера;
V - лупа;
А - глаз наблюдателя
14
ФОТОМЕТРИЧЕСКАЯ СКАМЬЯ
Рис. 9. Схема измерения с помощью светового
эталона: 1 - исследуемый источник; 2 - световой
эталон, 3- фотометрическая головка
15
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ ШАР
Освещенность
входного окна шара
Eυ 
r
2
4R (1  r )
Фυ  kФυ
R - радиус шара;
Рис. 10. Схема экранирования
выходного окна фотометрического
шара от прямых лучей источника
света: 1- источник света; 2 - экран;
3 - молочное стекло
r - коэффициент
отражения покрытия;
k - коэффициент шара
16
ИЗУЧЕНИЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛ
а)
б)
Рис. 11. Схемы измерения: а) дифузного пропускания, б)
- диффузного отражения. 1- источник; 2 - образец; 3 фотометрический шар; 4 - экран, ; 5 - фотоприемник
17
КЛАССИЧЕСКИЙ ФОТОМЕТР ПУЛЬФРИХА
Рис. 12. Внешний вид
фотометра Пульфриха
для измерений
поглощения растворов.
Zeiss. Jena. 1950 г.
Рис. 13. Оптическая
схема фотометра
Пульфриха: 1 - кювета
с раствором; 2 - винт; 3
- диафрагма; 4 светофильтр; 5 - поля
сравнения
18
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ ШАР
Фотометрическиий шар предназначен для
точного измерения потока излучения от
различных источников, включая лампы
накаливая,
ртутные,
флуоресцентные
источники, светодиоды.
Интергрирующая
сфера
позволяет
проводить
измерения
интегральных
спектральных характеристик источников и
Рис. 14.
исследовать
цветовые
параметры
Фотометрический излучателей.
шар. Модель
OPTRONIK IT10 Измерения основаны на сравнении с
характеристиками стандартных
источников.
www.optronic.de
Диаметр сферы 50 или 100 см.
19
а)
б)
www.optronic.de
Рис. 15. а) внешний вид
фотометра модели
OPTRONIK KMS10; б) осветительная часть
Фотометр предназначен
для измерения потоков
излучения, прошедших и
отраженных от различных
материалов. Можно
измерять зеркальное и
диффузное отражение,
пропускание и диффузное
пропускание образцов,
отражение от плоских
зеркал и зеркал сложной
формы.
20
ЛАБОРАТОРНЫЙ ФОТОМЕТР
Рис. 16. Люксметр модель Digilux 9500
www.optronic.de
Предназначен
для
измерений
освещенности,
интенсивности
излучения в видимом диапазоне.
Используется для работы
в
учебных и научных лабораториях,
а также для контроля уровня
освещенности на поверхности
объектов, то есть предназначен для
контроля работы осветительных
систем.
Диапазон измеререний: от 0.0001
до 200 лк.
Диаметр светочувствительной
головки -1, 6, 12 или 30 мм
21
ФОТОМЕТР-КОЛОРИМЕТР
Рис. 17. Внешний вид фотометра-колориметра - модель PM-1400F
Color System. Прибор предназначен для фотометрических,
радиометрических и кориметрических измерений. Приемник
излучения - ПЗС матрица
22
www. radiantimaging.com
ФОТОМЕТР С ВИДЕОКАМЕРОЙ
Рис. 18. Внешний вид современного цифрового
фотометра, снабженного цветной видеокамерой. Прибор
предназначен для измерения яркости излучения в
видимом диапазоне спектра
23
www.tricor-sustem.com
Список использованной литературы:
1. Нагибина, И.М. Прикладная физическая оптика : учеб пособие для
студентов вузов / И.М. Нагибина, В.А. Москалев, Н.А. Полушкина, В.Л.
Рудин. – 2-е изд. - М.: Высш. шк., 2002. – 565 с.
2. Ландсберг, Г.С. Оптика: учеб.пособие для студентов физических
специальностей вузов / Г.С. Ландсберг. – 6-е изд. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.
- 848 с.
3. Гуревич, М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы) / М.М.
Гуревич. - 2-е. изд. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 272 с.
Использованы электронные ресурсы:
www.optronic.de
www. radiantimaging.com
www.tricor-sustem.com
www.med4you.at
24