Николаенок М.М., Кустова Р.И. Электрическое освещение

Рис. 1.3.2. Спектральная чувствительность глаза

человека

Поэтому, если необходимо в общем потоке излучения определить световой поток, то используется формула:

1.3.3. Световые свойства тел

Воздействие ОИ на приемники зависит от их оптических свойств. Основные оптические свойства приемников характеризуются: отражением, поглощением и пропусканием.

Отражением называют возвращение излучения объектом без изменения длин волн его составляющих монохроматических излучений.

Рис.1.3.3. Взаимодействие оп- тического излучения с приём-

ником

Различают три вида отражения:

24

сквозь среду без изменения длин волн соответствующих его монохроматических излучений. Пропускание, также как и отражение бывает трех видов:

Рис.1.3.10. Направленно-диффузное пропускание

3) направленно-рассеянное

Для количественной оценки оптических свойств тел вводят интегральные коэффициенты:

где Фе – падающий поток, Феα , Феρ , Феτ - соответственно поток поглощенный, отраженный и пропускаемый.

Для характеристики тел, способных поглощать, отражать и пропускать излучение определенной длины волны излучения, т.е. монохроматического излучения, вводят по-

нятие спектральных коэффициентов поглощения αλ, отражения ρλ и пропускания τλ:

Таким образом очевидно, что интегральные коэффициенты связаны со спектральными коэффициентами следующими соотношениями:

26

где Lя – яркость поверхности в точке А плоскости S1 .

Яркость – отношение силы света dIα , излучаемой элементом поверхности dS1 в данном направлении, к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к тому же направлению dS1 cosα.

Оптическое излучение видимого диапазона, попадая на сетчатку глаза, может вызвать различные цветовые ощущения.

Если световой поток, создающий ощущение белого цвета, разложить с помощью призмы на монохроматические потоки, то каждый из них, как было показано Ньютоном, будет вызывать ощущение того или иного цвета. Цветовое ощущение, возникающее при воздействии на глаз монохроматического светового потока, зависит от длины волны из- лучения. Известно, что глаз способен различать более 150 оттенков цвета. Эти цветовые оттенки плавно переходят друг в друга, образуя семь условных участков, соответствующих наиболее характерным цветам: красному, оранжевому, жёлтому, зелёному, голубому, синему, фиолетовому (К, О, Ж, З, Г, С, Ф).

Цвета, возникающие в нашем сознании, в результате воздействия на глаз монохроматических световых потоков различных длин волн называют спектральными цвета- ми. Длину волны излучения, соответствующую данному цвету называют цветовым то- ном. Однако любой из спектральных цветов, будучи разбавлен белым цветом, образует множество оттенков этого цвета в зависимости от соотношения белого и спектрального чистого цветов. Отсюда следует, что цветовой тон еще не характеризует цвета. Поэтому вводят понятие чистоты цвета Р, которая определяется долей монохроматического светового потока в световом потоке данной смеси (определяется в %).

Цветовой тон и чистота цвета являются качественными характеристиками

цвета или, как принято говорить, характеристиками цветности.

Полная характеристика цвета должна включать в себя наряду с качественными показателями и количественный показатель – яркость оцениваемого излучения (при малых яркостях излучения голубой цвет будет восприниматься синим, желтый – коричневым и т.д.).

Как показывают исследования, цвет любого излучения может быть получен сме-

шением трех взаимно независимых разноцветных излучений (т.е. таких, которые не могут быть получены как результат смеси двух других). Международная комиссия по освещению (1931 г.) на VIII сессии утвердила в качестве основных цветов - красный, зеленый и синий (КЗС). В соответствии с этим количественное и качественное соответствие цвета определяется цветовым уравнением:

28

где Х, Y, Z – основные цвета системы (световой поток основных цветов); х′, у′, z′ – ко-

ординаты цвета, определяющие количество единиц основного цвета в смеси. Основные цвета системы для удобства расчета выбраны неодинаковыми по ве-

личине. Так световые потоки основных цветов X и Z – Фх и Фz равны нулю, а световой поток основного цвета Y→ Фу = 680 лм.

Таким образом, для количественной оценки исследуемого излучения достаточно определить координату y′ .Произведение y′ на Фу = 680 дает величину потока исследуемого излучения в люменах.

Для качественной оценки цвета необходим предварительный расчет координат цвета. С этой целью для источника со сплошным спектром, распределение лучистого потока которого характеризуется графиками функции ϕλ(λ), всю область видимых из-

лучений разбивают на равные интервалы λ (5 – 10 нм), в пределах которых излучение можно считать однородным.

Рис. 1.3.12 Спектральная плоскость излучения источника

Для каждой из этих полос вводят понятие удельных координат цвета ( x , y , z ), т.е. значения координат цвета однородного излучения мощностью

i=1

29

i=1

где λ – ширина выбранного интервала спектра, нм ; ϕλi – значение спектральной

плотности i – го интервала спектра; xi , yi , zi – значение удельных координат цвета для i – го интервала.

Удельные координаты даются в специальных таблицах справочников

где Фi – значения однородных лучистых потоков, Вт.

Рассчитанные координаты цвета позволяют в свою очередь определить коорди-

наты цветности излучения

Отсюда следует х + у + z = 1. Следовательно, для характеристики цветности достаточно двух координат, что позволяет изображать цветность в прямоугольной системе координат. В международной калориметрической системе цветовой график имеет вид (рис.1.3.13):

30

Рис. 1.3.13. Цветовой график излучения

31

1.4. СВЕТОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

1.4.1. Методы измерения оптического излучения

Измерения оптических характеристик источников излучения и излучателей могут осуществляться визуальными или физическими методами.

Визуальные измерения основаны на уравнивании яркостей двух смежных полей сравнения (см. рис.1.4.1)

Рис.1.4.1. Визуальное измерение оптического излучения: 1 эталонный источник; 2 – испытуемый источник; 3 – призма (фотометрическая головка)

Индикатором в этом случае является глаз человека.

Если в качестве индикатора используются физические приборы: фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, болометры и др., то метод измерения является физическим.

Следует помнить, что точность визуальных измерений искажается, если цветность сравниваемых излучений различна, поэтому целесообразно применять выравнивание цветовых различий путем применения цветных фильтров.

Кроме того, зависимость результатов измерений от индивидуальных особенностей наблюдателя, состояния его организма (физическое состояние, усталость) и окружающих условий, а также длительности самого процесса измерения привели к необходимости замены глаза как индикатора физическими приборами, т.е. перейти к физической (объективной) фотометрии.

Основное преимущество физической фотометрии:

1. Способность физических приемников лучистой энергии к непосредственной количественной оценке измеряемых величин;

2. Способность физических приемников осуществлять измерения не только в видимой области, но и в ИК и УФ областях. Быстрота и воспроизводимость результатов измерения.

32