Розділ 1. Основні фотометричні і радіометричні величини та одиниці їх вимірювання

1. Фотометрія як наука. Загальні методи фотометрії.

Фотометрія (згідно основних нормативних документів) – це наука про вивчення та вимірювання параметрів і характеристик переносу енергії оптичного випромінювання.

Фотометрія дослівно означає у перекладі із іноземного photo - «світло», metro - «міряти». Тому фотометрія як наука пов’язана із вивченням як світлових властивостей випромінювання, так і з методами вимірювання цих величин і природно виражає зв'язок фізичної оптики і метрології. Отже можна привести і такі визначення даної науки:

- Фотометрія – це розділ фізичної оптики, в якому розглядаються енергетичні характеристики оптичного випромінювання різних джерел у процесі його розповсюдження, поширення і взаємодії з середовищем.

- Фотометрія – це розділ метрології, в якому вивчаються методи і пристрої для виміру випромінювання в оптичній області спектру (1 ÷ 10⁶ нм).

Одним із засновників фотометрії був французький астроном Пітер Бугер(1698-1758), який вперше ввів поняття освітленості, яскравості і сили світла, вивів закон послаблення випромінювання (поширення випромінювання при його проходженні через однорідне оптичне середовище).

Розвинув і систематизував фотометричні основи фотометрії німецький фізик і математик Йоган Ламберт(1728-1777), створивши теорію фотометричних розрахунків для освітленості предметів.

Сучасна теоретична фотометрія розвивається і поглиблюється на базі хвильових і квантових властивостей електромагнітного випромінювання. Вагомий вклад у сучасну фотометрію зробили: Д.Максвел, С.І.Вавілов, П.М.Лєбєдєв, М.М.Гурєвіч, В.В. Мєшков, А.А.Гершун.

Існують такі загальні методи фотометрії:

1. Візуальна фотометрія, яка базується на здатності людського ока відчувати відмінності у яскравості двох полів порівняння при їх вирівнюванні механічними або оптичними засобами.

2. Фізична фотометрія, в якій для порівняння двох джерел світла замість ока людини використовують приймачі світла іншого роду: фотоелементи, фотодіоди, фотоелектронні помножувачі;

3. Фотографічна фотометрія, яка для кількісної оцінки енергії світла використовує фотоматеріали і застосовується в основному для оцінки потужності випромінювання у фоточутливих матеріалах.

При використанні перших двох методів дуже важливим є те, щоб умови спостереження або роботи приладів повинні бути такими, щоб фіксуючий пристрій реагував на різні довжини хвиль у повній відповідності із «стандартним спостерігачем» МКО. Тільки у цьому випадку результати різних методів будуть універсальними і значимими. Поняття стандартного спостерігача розглянемо дещо пізніше.

Для проведення фотометричних досліджень необхідна присутність у цьому процесі як мінімум трьох структурних об’єктів, а саме: джерела випромінювання світла, проміжного середовища, в якому поширюється випромінювання, і, наостанок, – приймача цього випромінювання. У цій схемі фотометричних вимірювань структурні об’єкти характеризуються такими властивостями:

1) Джерела світла можуть мати відомі параметри або бути досліджуваним об’єктом. При відносних вимірах можуть використовуватися джерела, параметри яких невідомі, проте характеризуються високим рівнем їх стабільності впродовж всього процесу вимірювання;

2) Проміжне середовище – це середовище, в якому розповсюджується випромінювання і яке може змінювати параметри цього випромінювання. До них належать різні оптичні елементи, що можуть змінювати потік випромінювання за потужністю, за напрямком у просторі і за спектром;

3) Приймач випромінювання – це пристрій, що перетворює енергію оптичного випромінювання у будь-який інший вид енергії. Найбільш відомим і поширеним приймачем є око людини.

Фотометрія, у вузькому розумінні слова, означає сукупність методів, які дозволяють характеризувати видиме випромінювання у відповідності із його дією на людське око. У фотометрії енергія, що переноситься за допомогою випромінювання, випромінюється за час, який за тривалістю значно перевищує період світлових коливань.