книги из ГПНТБ / Тиходеев П.М. Световые измерения в светотехнике (фотометрия)

ламп излучения могут считаться в такое же число раз более длительными, чем тех же ламп, служащих светоизмерительными лампами, если допустить одно и то же относительное падение тем­ пературы и светового потока. Неточность при измерении цветовой температуры (при определении ее помощью контрастного фотометра; см. п. 165) может составить около ±0,1—0,25%. Попутно стоит отметить, что такая неточность лежит в пределах около ±0,3—0,7% изменения напряжения у цоколя лампы. Если желают поддержать

•температуру лампы за все время ее применения с такой малой неточ­ ностью, то надлежит подвергать ее повторным поверкам примерно

•через 100—150 ч употребления, коль скоро измерительная лампа излучения применяется при той же цветовой температуре, что и оди­ наковая по устройству светоизмерительная лампа. На практике, ■однако, молено этот срок удлинить в 1,5—2,5 раза, если довольство­ ваться неточностью сохранения температуры в 0,2—0,4%. Если измерительная лампа излучения применяется при постоянной силе тока (что обычно имеет место у низковольтных ламп), то температура ■ее по мере службы повышается. Такие лампы надлежит поверять через сроки, равные 0,6—0,8 от только что указанных выше.

Приведенные сроки относятся к лампам, полная продолжитель­ ность горения которых рассчитана на 2000—3000 ч, как и у свето­ измерительных ламп. Сроки годности ламп излучения после их поверки соответственно сокращаются, если расчетный срок службы (исчисляемый практически до перегорания) является более коротким. Так, например, прожекторная лампа (в 1000 вт), горящая при цветовой температуре около 3175° К, имеет срок службы порядка 100 ч. Поэтому, как лампа излучения, она должна была бы поверяться довольно часто, если ее применять при той же температуре и если последнюю желают сохранить постоянной в узких пределах.

Чтобы поддерживать постоянную температуру у пустотной лампы по мере ее горения (износа), можно изменять и, именно, с течением времени повышать напряжение согласно зависимости (по опытным данным):

(58.1)

Здесь г0 и Uu — электрический ток и напряжение при поверке лампы; и Uг — ток и напряжение, которые надо поддерживать, чтобы иметь постоянную температуру нити. Это уравнение учиты­ вает лишь изменение диаметра нити по мере горения и не учитывает изменения состояния поверхности, изменения удельного сопроти­ вления нити и почернения колбы. Оно является лишь приблизительно справедливым для предварительно состаренной нити и при колбе без сильного налета. С несколько большей погрешностью данное уравнение применяется и для газополных ламп. Образцовые лампы излучения нет прямой необходимости применять в большом числе при измерениях (п. 57). В практических условиях 1—2 лампы являются уже достаточными для обеспечения точности.

Температура нити (а, следовательно, и излучение ее) не является одинаковой по всей длине. Именно вблизи крючков и вводных про-

122

пользоваться этой формулой, очевидно, нужно знать потребляемую мощность (Р0) при некоторой известной температуре Т0:

Этими данными следует руководствоваться, например, при опреде­ лении точности измерений электрических напряжений и силы тока

уизмерительных ламп излучения.

Втабл. 58. 1 приведена зависимость цветовой температуры от напряжения у двух ламп типа № 7 по ОСТ 8273, которые обыкновенно применяются для воспроизведения шкалы цветовых температур. Хотя лампы изготовлялись как вполне одинаковые, небольшая разница между ними все же наблюдается.

Табяици 58. 1

Зависимость цветовой температуры от напряженно у двух ламп типа № 7 по ОСТ 8273

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

Г Л А З К А К У Ч А С Т Н И К С В Е Т О В Ы Х И З М Е Р Е Н И Й

59.Чувствительность к наличию разницы в яркостях. При рас

сматривании рис. 59. 1, изображающего две соприкасающиеся поло­ винки круга, можно без затруднения сказать, что левая половина ярче правой. Напротив, на рис. 59. 2 правая половинка ярче левой. На рис. 59. 3 обе половинки представляются одинаковыми по яркости. Это поясняет следующее основное положение—наблюдатель на основе^ своих зрительных ощущений может судить о наличии или отсутствии разницы в яркостях двух (или более) поверхностей. Если поверх: яости Соприкасаются, то суждение облегчается. Напротив, если они удалены друг от друга, то уверенность в суждении, надежность и точность его •— понижаются в зависимости от степени удаления. Расположение сравниваемых поверхностей в поле зрения далеко

124

не безразлично для определенности и точности суждения о равенстве или неравенстве яркости. Необходимо отметить, что это суждение наиболее легко производится, лишь когда сравниваемые поверх­ ности находятся как раз в середине поля зрения. Другими словами — взгляд направлен прямо на последние. Сколько-нибудь значительное отступление от середины поля весьма заметно затрудняет суждение. Из этих соображений (но также и из других, о которых речь далее) при всех световых измерениях сравниваемые поверхности распо­ лагаются в середине поля зрения.

Наблюдатель не может отдать себе отчет, во сколько раз светлая поверхность на рис. 59. 1 и 59. 2 ярче темной. Другими словами, глаз не может оценить или измерить численно разницу в яркостях. Оценка—чисто качественная1. Вместе с тем равенство яркостей усма­ тривается относительно легко.

Данное свойство зрения ле­ жит в основе всех световых измерений помощью глаза. Наличие двух смежных поверх­ ностей, образующих поля сравнения и служащих для су­ ждения об их яркости по отно­

шению друг к другу, является необходимой составной частью, притом наиболее существенной, всех зрительных светоизмеритель­ ных установок. Именно это обстоятельство оказалось решающим и исходным, определившим собою в самой основе как способы свето­ вых измерений, так и устройство светоизмерительных приборов. Способы световых измерений и приборы, в которых человеческий глаз заменяется иным указателем равенства двух (или нескольких) световых величин, могут быть совсем другими. На это следует обра­ тить особое внимание.

Соприкосновение полей сравнения друг с другом может быть или действительным, или только кажущимся для глаза. Это не является существенным для суждения об отношении яркостей поверхностей.

Более тщательные наблюдения показывают, что зрение немного более точно может отмечать не столько равенство яркостей, сколько наличие очень малого нарушения этого равенства, лежащего в пре­ делах порога чувствительности к разнице в яркостях (что иногда называют порогом контрастной чувствительности глаза). Этим также пользуются при производстве световых измерений.

60.Спектральная чувствительность глаза. Средний глаз. Ране

(п. 1, п. 19) уже сообщалось, что однородная лучистая энергия раз­ ных длин волн, но одинаковой мощности, вызывает зрительное ощу­ щение различной силы. Известно, что у некоторых людей наблю­ даются те или иные неправильности в восприятии цветов по сравне­ нию с большинством, например, ц в е т н а я с л е п о т а на крас­ ный цвет, который в таком случае может казаться серым или мало

1 Умение оценивать количественно, хотя бы очень грубо, могло бы быть раз­ вито путем упражнений.

125

Отличимым от зеленого. Однако и у лиц е правильным зрением liii цвета — по отношению друг к другу — наблюдаются значительные отклонения в чувствительности к цветам. Определенная во ВНИИМ спектральная чувствительность глаза представляет средние данные из измерений для 52 лиц. Принятая Международной комиссией по освещению в 1924 г. чувствительность среднего глаза к однород­ ному свету представляет собою средние данные из определений ее частью 38 наблюдателями и частью 52.

Чувствительность отдельных наблюдателей иногда очень значи­ тельно отличается от средних данных. Так, для лиц, у которых чувствительность к цветам не приходится считать ненормальной, в лабораторной практике встречаются такие отклонения от среднего при сравнениях: пустотных и газополных ламп— до 3%, газопол­ ных и люминесцентных — до 12%; цветных сигнальных огней с белым — до 15% для зеленого, значительно больше для красного и в несколько раз для синего. Для фиолетовых и синих спектраль­ ных цветов разница очень велика — в несколько раз.

Чувствительность глаза к однородному свету сама по себе пока еще не может измеряться с большой точностью (п. 166). Поэтому, а также и по другим причинам, как общее правило, не представляется возможным устанавливать или вводить надежные поправки на лич­ ные отклонения каждого данного наблюдателя (п. 75). Ясно, что све­ товые измерения с яркостями, отличающимися по цвету, не должны производиться лицами, чувствительность к цветам у которых значительно отличается от средней. Так как лиц со значительным отклонением цветного зрения от среднего относительно не так много, то на практике обычно довольствуются тем, что сравнивают световые измерения данного наблюдателя с теми же измерениями, выполнен­ ными достаточно большим числом лиц (5—10 и больше). При этом определяют отклонения измерений этого наблюдателя от среднего значения измерений. Или же сравнивают его показания с данными относительно небольшого числа лиц (3—5), свойства цветного зре­ ния которых установлены ранее надежными средствами.

Разумеется, гораздо более целесообразно производить отбор наблюдателей для световых (и цветовых) измерений, придерживаясь каких-либо вполне определенных правил. К настоящему времени еще нет для того общепризнанных способов. Однако некоторые из предложенных путей, изложенных далее, заслуживают полного внимания (п. 75).

Вопрос о допустимых отклонениях в измерениях одного наблю­ дателя от среднего значения измерений многих наблюдателей раз­ решается в каждом частном случае в зависимости от желательной точности, т. е. от искомой степени приближения данных измерений к измерениям, выполненным очень большим числом наблюдателей и потому признаваемым наиболее достоверными. Во многих случаях практики допускают отклонения до 1—2% и даже до 3% (при зна­ чительных разницах в окраске цвета) для одного наблюдателя по срав­ нению со средним для нескольких (см. также п. 166).

126

'Предпочтительно при ответственных измерениях, где требуется' повышенная точность, производить наблюдения несколькими лицами.

Чувствительность глаза к цветам у одного и того же человека отнюдь не является постоянной и, напротив, подвержена более или менее заметным колебаниям в зависимости от ряда причин. Она изменяется с переменой адаптации, угловых размеров поля зре­ ния, мест сетчатки, на которые падает изображение светящейся (или освещаемой) поверхности. Кроме того, она более или менее-

а не только одних глаз, в частности, от питания и утомления, от пред­ шествующей зрительной работы; по-видимому, меняется по временам года (зимой, летом), с возрастом. Все подобные колебания в чувстви­ тельности практически не поддаются учету, хотя и имеют заметную величину.

Все это, казалось бы, говорит не в пользу глаза как хорошего указателя при световых измерениях. Но все же на практике непосто­ янство свойств глаза или умеют сглаживать, или сама практика измерений вполне довольствуется той точностью их, которую глаз без особых затруднений может обеспечить.

Из предыдущего явствует, что для тех световых измерений, дан­ ные которых хотят распространять на много лиц, другими словами, итоги которых желают считать правильными по их числовому зна­ чению, следует отбирать наблюдателей по признакам близости их цветовой чувствительности к таковой среднего глаза.

61.Адаптация. Относительная чувствительность глаза к цвета

идругие свойства зрения у одного и того же наблюдателя меняются в зависимости от уровня яркости поля зрения. Глаз, как говорят,

таким образом, есть приспособляемость глаза к уровню яркости поля зрения. С переменой этой яркости меняется адаптация, что про­ является в изменении ряда свойств глаза. С точки зрения световых измерений надо отметить изменение следующих свойств: а) цветовой чувствительности, б) контрастной чувствительности, в) скорости зрительного восприятия, г) скорости погасания и возобновления последующих зрительных образов, д) работоспособности (и утомле­ ния). В этом параграфе рассматривается влияние адаптации на цвето­ вую чувствительность.

По мере уменьшения яркости поля адаптации чувствительность глаза смещается в сторону однородных цветов с более короткими длинами волн. Другими словами, при уменьшении яркости чувстви­ тельность глаза к фиолетовым, синим и зеленым цветам повышается, понижаясь одновременно к желтым, оранжевым и красным. Это явление, впервые отмеченное Пуркинье, носит название по его имени. На рис. 61. 1 показаны кривые чувствительности (относительной видности) при светлой и при темной адаптации. На рис. 61.2 показано смещение области одноволнового света, к которому глаз наиболее

127

чувствителен, по мере изменения яркости. К приведенным данным надо относиться, по преимуществу, как к качественным. При свето­ вых измерениях избегают вносить какие-либо численные поправки на изменение цветовой чувствительности глаза как недостаточно

Рис. 61. 1.

I — Относительная вндность при светлой адаптации; 2 — отно­ сительная видность при темповой адаптации; 3 — «1951 МКО, темповая относительная видность для молодых людей».

благонадежные. На опыте замечено, что при яркости полей зрения свыше примерно 1 нт цветовая чувствительность не меняется замет­

сравнения, лежащих в определенных пределах. Международный комитет по фотометрии 2 признал необходимым, чтобы точные свето­

128

Эгу величину надо все же полагать малой. Нижним пределом лучше считать 4 нт. Ранее указывалось (п. 59), что поля сравнения распо­ лагаются лишь в середине поля зрения. Внешние поля, окружающие собственно поля сравнения и составляющие преобладающую часть поля зрения, в зависимости от их яркости оказывают свое влияние и на восприятие средней части поля зрения. Вследствие этого внеш­ ние поля воздействуют в более или менее заметной степени и на состоя^ мне цветовой чувствительности срединной части сетчатки глаза. Влияет также яркость поля зрения, которое наблюдалось в течение нескольких минут перед рассматриванием сравниваемых полей (другими словами, сказывается то, что наблюдалось перед тем, как производить световые измерения). Но все это недостаточно изучено, чтобы можно было сделать количественные практические выводы для измерений.

Вполне естественно стремиться приближать обстановку свето­ вых измерений к условиям повседневного, наиболее часто имеющего место поля зрения: все оно освещено приблизительно одинаково. Это была бы действительно е с т е с т в е н н а я адаптация глаза. Однако в подавляющем большинстве светоизмерительных приборов данное условие не соблюдается. Напротив: в середине поля зрения находятся довольно ярко освещенные сравниваемые поверхности, занимающие лишь относительно небольшую часть всего поля зрения. Все же внешнее поле остается совершенно темным, притом часто измерения производятся в темной или полутемной комнате. В усло­ виях более точных измерений перед наблюдением сравниваемых полей глаза в течение нескольких минут находятся почти в полной темноте, так же и в перерыве между наблюдениями. Следовательно, освещаемая при измерениях часть сетчатки глаза находится при светлой адаптации, уровень которой указывался выше, а вся осталь­ ная сетчатка находится при темновой адаптации.

В отдельных случаях измерений обнаруживается некоторая предпочтительность светлого окружения полей сравнения, т. е. вокруг них уже не темнота, а освещаемое по большей или меньшей площади поле зрения. Пока не имеется достаточного опыта в светотехнических лабораториях, чтобы побудить полностью перейти или даже хотя бы начать переходить на светлое окружение. Надо сказать, что устрой­ ство приборов и обращение с ними заметно осложняются, если в них делать освещенным все поле зрения. Притом часто требуется менять яркость поля зрения, так как замечено, что яркость внешней части поля зрения должна равняться или быть несколько меньше, чем яркость полей сравнения.

Темное окружение и работа в темной комнате вместе с тем имеет

в то время как уровень адаптации при всем светлом поле зрения в при­ боре и в помещении часто затруднительно поддерживать строго неиз­ менным; 2) обострение пороговой чувствительности глаза к разли­ чению яркостей; 3) обострение пороговой чувствительности в раз­ личении цветов; 4) облегчается возможность избегать наложения

последующих (остаточных) зрительных образов. Работоспособность глаза в отношении длительного (в течение нескольких часов — 4—8) сохранения обостренной пороговой чувствительности при темноте, по-видимому, выше (при условии правильного соблюдения переры­ вов в работе для отдыха глаза), чем при светлоте. Однако темное окружение сопровождается заметно большим общим утомлением глаза, в частности, мышечным. При длительной работе вызывается прилив крови к области глаза и заметное нервное напряжение.

Следующий простой опыт подтверждает некоторые из отмеченных преимуществ темноты во время измерений. Создают каким-либо путем два поля сравнения, очень мало разнящихся по яркости или по цвету (или по тому и другому) в хорошо повсюду освещенном открытом месте. Освещенность может быть взята, например, порядка 30—100 лк. Пусть, например, в освещенной комнате на столе находятся рядом расположенные два листка белой бумаги, очень мало отличающиеся по коэффициенту яркости. Наблюдают их сна­ чала сквозь трубку с непрозрачными стенками, 1 а затем — без трубки. Легко обнаружить, что при рассматривании сквозь трубку разница в яркостях или в цвете более заметна. Поверхности кажутся более яркими, а цвета более насыщенными. Боковой свет при отсут­ ствии трубки, между прочим, создает в глазу рассеянный свет, накладывающийся на изображение рассматриваемой поверхности в середине сетчатки. Это вызывает некоторое помутнение изображе­ ния. Неблагоприятное действие бокового света было подмечено очень давно, почему, например, в очень многих не только светоизмеритель­ ных, но и других оптических приборах стремились применять устра­ няющую боковой свет вычерненную внутри зрительную трубку (при выполнении ею и своего непосредственного назначения — увеличить изображение и т. д.).

Изменения адаптации происходят сравнительно медленно, именно, в течение нескольких минут, в зависимости от разницы в яркостях полей зрения начальной и конечной адаптации. Разумеется, влияет также состояние работоспособности зрения, а также и общее состоя­ ние жизнедеятельности организма у наблюдателя в данное время.

Например, наблюдателю, пришедшему в темную светотехническую лабора­ торию, а перед этим длительно находившемуся на улице в светлый солнечный день, может потребоваться 40—60 мин, чтобы его предшествовавшая светлая адаптация перешла в темновую. Переход от адаптации, вызванной длительным пребыванием в светлой комнате, к темповой адаптации в темной светотехнической лаборатории происходит в течение примерно 10—30 мин.

Еще пример. Наблюдатель измеряет в темной светотехнической лаборатории. У него установилась темновая адаптация. Если теперь он выйдет на короткое время (2—5 мин) в светлое помещение, то для восстановления темновой адаптации потре­ буется 5— 10 мин, в течение которых в сколько-нибудь ответственных случаях не следует производить измерения.

62. Способ замещения для устранения неодинаковости свойств сетчатки. Из учения о свойствах глаз известно, что разные места сетчатки имеют не вполне одинаковые зрительные свойства. В связи

1 Например, трубка из свернутой черной бумаги длиною около 20• см и диа­ метром около 2—3 см.

130