Тема 3. Основы светотехники.

Задачи и её значение. Световое излучение и освещённость. Сила света. Световой поток. Регулирование светового потока. Освещенность. Угол падения света. Закон квадрата расстояния. Экспозиция.

Свет является носителем изобразительной информации, основой всех репродукционных процессов. Для репродуцирования нужно запрограммировать процесс в целом, стандартизировать отдельные процессы и работать по принципу поточного метода. Условием для этого является использование измерительной техники и сенсиметрии которые будут рассмотрены в следующих разделах. Все последовательные процессы переработки изображения – от оригинала до формы и, далее, от изготовления печатной формы до печатания – должны контролировать и регистрироваться соответствующей измерительной техникой, при этом устанавливаются функциональные связи между отдельными стадиями процесса. Такой метод работы был бы невозможен, если бы свет как носитель информации не поддавался измерению. Все важные для репродуцирования параметры света как носителя энергии должны быть точно определены. Светотехническими величинами и единицами широко оперируют в современном репродукционном процессе. Основы сенситометрии без знания светотехники не могут быть полностью поняты и правильно использованы.

Светотехника – это обширный специальный раздел физики. Светоизмерительная техника имеет большое значение для репродуцирования. При этом в данном предмете нас в меньшей степени интересуют методы и устройства для измерения света, а в большей – знание светотехнических величин и их взаимосвязи с измеряемыми величинами фотографического процесса.

Светотехника изучает и исследует световой поток и его распространение в пространстве.

Она исходит преимущественно из точечных источников света. Источников света, которые в математическом смысле являются точкой, нет. Однако есть источник света, размеры которого очень малы, а излучение, исходящее от центра, рассеивается по всему пространству. В противоположность этому существуют плоские светильники, светящиеся поверхности светового пульта и отражающая белая поверхность.

В большинстве случаев световая техника изучает не общее излучения точечных источников света, а только, ту часть, которая предназначена для определённой задачи: освещения какой-либо поверхности или экспонирования фотопленки. Благодаря лучеобразному распространению пучок света имеет форму воронки с вершиной в точке источника света и размеры, определяемые освещаемой поверхностью, находящейся на заданном расстоянии от источника света.

Для оценки какого-либо количества излучения необходимо знать объём воронкообразного пространственного элемента (конуса). В математике (стереометрия) такой участок общего пространства обозначают пространственным углом (ω – омега). Для его оценки, как и для плоского угла, важна не длина лучей, а только их направление Пространственный угол измеряется не в угловых градусах, а в стередианах. Воронкообразный пучок лучей на определённом расстоянии от источника света ограничивается поверхностью, имеющей форму сферы. Отношение этой площади к квадрату радиуса называется пространственным углом.

Е диницей измерения пространственного угла является стередианпространственный угол, отношение площади сферы которого к квадрату радиуса равно единице. Угол размером в 1ср. называется единичным пространственным углом и обозначается ○. По формуле

можно вычислить, сколько стандартных единичных углов в данном пространственном угле.

Световое излучение и освещенность.

Для репродуцирования в целом важны основные светотехнические величины. Они находятся в тесной взаимосвязи, но при анализе освещённости объекта могут быть рассмотрены раздельно.

Потоки световой энергии в пространстве есть следствие светового излучения.

Чем больше света, тем больше мощность излучения лампы. Потоки световой энергии не зависят от того, падает свет на тело или нет.

Освещённость – результат падения светового потока на тело: чем больше света падает на тело, тем оно светлее. При этом степень светлоты зависит от собственного цвета тела.

Влияние световой энергии.

Сила света У У—кандела кg.

Световой поток Ф Ф=У . 1лм =1 kg

Освещённость Е

Экспозиция Н

Влияние световой энергии на тело можно наблюдать при обесцвечивании обоев или при почернении плёнки. Эти процессы, как известно зависят от интенсивности, а также от продолжительности действия светового излучения. Светотехника исследует не действие светового излучения, а только его числовое значение.

Сила света У.

Для характеристики мощности излучения или интенсивности источника света служит сила света.

Сила света является основной величиной светотехники. Из неё выводится все другие величины. Единицей измерения силы света является кандела (кg).

Кандела (свеча) – международная единица. Это мощность излучения источника света.

Световой поток Ф.

Любое излучение света есть поток энергии света, фотонов. Поэтому характеристики светового потока имеют важное значение при исследовании всех процессов освещения. Световой поток (в видимом диапазоне) – это энергия источника света, излучаемая в, пространство в единицу времени. Световой поток измеряется в люменах (лм). Световой поток определяется двумя параметрами: мощностью излучения (сила света) источника и размерами освещаемого пространственного элемента (пространственного угла ).

Ф=У

Итак, сила светового потока не является свойством только источника света, ибо в большинстве случаев рассматривается лишь часть общего излучения, а именно та, которая принимает участие в определённом процессе освещения. Чем больше пространственный угол, тем больше общее излучение.

Регулирование светового потока

В фотографии по разным причинам необходимо направленно уменьшать световой поток или количественно оценивать его происходящее ослабление. Рассмотрим три причины уменьшения светового потока.

Сила света лампы определяется световой поток, причиной ослабления которого могут быть перепады напряжения, а у ламп накаливания процесс старения. Такое возможное ослабление светового потока следует учитывать при работе репродукционных фотоаппаратов, а также денситометров. В тепловых излучателях уменьшение световой мощности в результате перепада напряжения ведёт к изменению цветовой температуры (см.3.3.7.).

Диафрагма уменьшает пространственный угол проходящего светового пучка, что приводит к уменьшению светового потока, т.е. световой поток пропорционален отверстию диафрагмы.

Ослабление светового потока с помощью диафрагмы не влияет на спектральный состав света. Любой светофильтр поглощает часть проходящего света и тем самым уменьшает световой поток. При использовании цветных светофильтров следует принимать во внимание пропускание излучений соответствующей зоны спектра. Можно определить кратность светофильтра, зависящую от того, какая часть светового потока им пропускается.

Освещённость Е.

Световой поток, исходящий от источника света, падает на поверхность несветящихся тел. Они освещаются и становятся видимыми. Освещенность есть световой поток, падающий на единицу площади. Она измеряется в люксах (лк).

Освещённость не характеризирует яркость, которую воспринимает глаз от освещенного тела. Чёрная и белая поверхность могут быть одинаково освещены, если на единицу их площади падает одинаковый световой поток. Но при этом они воспринимаются глазом различными по яркости.

На практике зачастую при определении освещённости не известен световой поток, но известны сила света имеющейся лампы и её расстояние до освещаемой поверхности. При подстановке данных в формулу получаем вторую для расчёта освещенности.

Освещённость рабочего места определяется характером работы. На репродукционном участке освещённость должна быть не ниже 500лк. На рабочем участке ретуши оригиналов необходимо 750лк.

Угол падения света.

Освещённость определяют по формуле при перпендикулярно падающем свете (угол падения равен ). Так как на практике большинство плоскостей освещаются наклонно падающим светом, то следует принимать в расчёт угол его падения.

Закон квадрата расстояния.

Закономерность формулы Е = I*w₀/r² подтверждается практическим опытом. Освещённость зависит от удаленности источника света: чем он ближе к объекту, тем лучше освещается объект. Причина этого в лучеобразном расширении светового потока с увеличением расстояния ح.

При этом увеличивается площадь поперечного сечения А. Светового конуса, а пространственный угол и световой поток не меняется. Но в связи с тем, что световой поток падает на большую площадь, освещённость уменьшается. Освещённость не изменилась бы, если бы при другом расстоянии площадь была меньшего размера. На рис. видно, что с уменьшением пространственного угла на освещаемую площадь падает только часть первоначального светового потока.

Е₁:Е₂=ح²:ح²

При одинаковом источнике света освещённость обратно пропорциональна квадрату расстояния освещаемой поверхности от источника света:

Экспозиция.

Экспозиция – это процесс светового облучения поверхности в течение определённого времени. В результате действия световой энергии происходит почернение фотографического слоя. Степень почернения находиться в функциональной зависимости от значения экспозиции. На практике в фотографии под экспонированием понимают только химический процесс в слое, который не является предметом изучения в светотехнике, исследующей только силу светового облучения. При этом имеется в виду не только фотографическое экспонирование. Облучение зелённой поверхности солнцем или действие света на фотоэлемент-это тоже экспонирование. Во всех подобных случаях сила облучения светом зависит от освещённости и продолжительности действия света и пропорциональна обеим величинам. Экспозиция есть произведение освещённости на время экспонирования:

Для освещённости больших поверхностей в качестве единиц измерения употребляют люкс – минуты и люкс – часы.