Театральное освещение / Театральное освещение

ПРИЁМНИКИ ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ

§ 3. ПРИЁМНИКИ ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Приёмником излучения называется некий физический или биоло гический объект, который преобразует поглощённую световую энергию излучения в другой вид энергии:

электрическую;

тепловую;

биологическую;

химическую.

Реакция приёмника излучения на падающий поток оценивается эффективной энергией Wэф. Численно эффективная энергия определя ется мощностью, током, протекающим в выходной цепи приёмника, или другой величиной, описывающей реакцию приёмника на погло щённый им поток.

Чувствительность приёмника S определяется отношением эффектив ной энергии к энергии излучения, упавшего на приёмник:

Фe — падающий поток; Wэф — реакция приёмника;

с — коэффициент пропорциональности, определяемый выбором единиц энергии реакции приёмника;

Фeα — энергия излучения, поглощённая приёмником,

Фeα = Фe · αe,

αe — коэффициент поглощения излучения.

269

ПРИЁМНИКИ ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ

глаз, представляющий собой совокупность оптической и световоспри нимающей систем. Оптическая система глаза создаёт изображение внешнего пространства на сетчатой оболочке. Мышцы оптической си стемы управляют движением глаза, фокусировкой изображения и регу лированием его освещённости. Световоспринимающей системой глаза

является его сетчатая оболочка, заполненная светочувствительными клетками — зрительными рецепторами.

Проводниковым звеном служит зрительный нерв, с помощью воло кон которого рецепторы соединяются с клетками затылочной части ко ры головного мозга, т.е. с центральным звеном органа зрения.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЛАЗА

Различие формы наблюдаемого предмета и отдельных его деталей обеспечивает оптика глаза, фокусирующая уменьшенное обратное изо бражение предмета на поверхность сетчатой оболочки. Преломляющая сила оптики глаза в основном определяется роговой оболочкой и хрус таликом. Роговая оболочка, имеющая в среднем радиус кривизны пере дней поверхности 7,7 и задней 6,8 мм и обладающая показателем пре ломления np = 1,37, отделена от хрусталика передней камерой глаза. Камера заполнена водянистой влагой с показателем преломления np = 1,33. Хрусталик имеет чечевицеобразную форму с различной кривизной передней и задней поверхностей. Преломляющая сила хрусталика изме няется в пределах 19—33 диоптрий (диоптрия — единица оптической силы линзы с фокусным расстоянием, равным 1 м). Это изменение происходит за счёт уменьшения радиуса кривизны, в основном его пе редней поверхности, и взаимного перемещения слоёв тела хрусталика, обладающих различными показателями преломления. Увеличение пре ломляющей силы оптики глаза для обеспечения чёткого изображения на сетчатой оболочке близко расположенных предметов называется акL комодацией.

Изменение кривизны преломляющей поверхности хрусталика и пе ремещение его слоёв в процессе аккомодации осуществляется под воз действием аккомодационной (цилиарной) мышцы. Чем ближе наблюдае мый предмет, тем выпуклее хрусталик, тем больше его преломляющая сила.

271

ПРИЁМНИКИ ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ

лочками; число колбочек на единицу площади возрастает по мере при ближения к центру глаза. Несколько в стороне от оптической оси глаза, ближе к виску, расположена область, именуемая жёлтым пятном и име ющая в середине небольшое углубление, «центральную ямку», занятую исключительно колбочками, число которых достигает здесь 13000— 15000. Центральная ямка играет особо важную роль при различении де талей.

Опыт показывает, что мы ясно видим только те предметы, изображе ние которых проецируется на жёлтое пятно, и особенно хорошо разли чаем детали, проецирующиеся на центральную ямку. Когда же изобра жение падает на периферические части глаза, то, хотя ощущение света отчётливо, различение деталей практически не имеет места.

Глаз может различать лишь те детали объекта, угловые размеры кото рых не меньше углового расстояния между соседними колбочками и па лочками. В центральной же ямке плотность колбочек наибольшая, и различение деталей оказывается наилучшим. Именно поэтому при рас сматривании предмета мы всегда фиксируем его изображение на жёлтое пятно и на центральную ямку.

Поле зрения этих участков невелико. Так, на жёлтое пятно одновре менно может проецироваться изображение, занимающее по горизонту 8°, а по вертикали 6°. Поле зрения центральной ямки ещё меньше и рав но 1°—1,5° по горизонту и по вертикали. Однако живой глаз обладает способностью быстро перемещаться в своей орбите — сканировать изо бражение так, что за очень короткий промежуток времени мы можем последовательно фиксировать большую поверхность.

Глаз как приёмник света сочетает в себе особенности, присущие фо тографическому и фотоэлектрическому методу регистрации. Одновре менно с хорошим разрешением воспринимается конечная, но неболь шая часть изображения. Всё же изображение регистрируется за счёт по следовательного просматривания. Благодаря этой особенности мы не замечаем ограниченности поля ясного зрения и оцениваем поле зрения глаза по вертикальному и горизонтальному направлениям примерно в 120°—150°.

Светочувствительные клетки соединены с корой головного мозга нервными волокнами. Зрительный нерв входит в сетчатую оболочку на расстоянии 15° от центральной ямки по направлению к носу. Место вхо да зрительного нерва в сетчатую оболочку лишено светочувствительных клеток, вследствие чего в этой зоне сетчатка нечувствительна к свету. Это место называется слепым пятном (6° х 8°).

Важной особенностью глаза является его способность работать в не обычайно широком диапазоне освещённостей. Прямые лучи солнца создают на поверхности Земли освещённости порядка 100000 лк, а в темноте глаз может различить поверхность с освещённостью 10L6 лк (это несколько десятков фотонов). Работа в столь обширном диапазоне обеспечивается целым рядом различных механизмов. Почти мгновенно реагирует на резкое увеличение освещённости зрачок: диафрагмируя выходное отверстие глаза, он уменьшает количество света, попадающе го на сетчатку. При слабом освещении зрачок вновь расширяется.

Каждому на собственном опыте известно, что происходит при быст ром переходе из светлого помещения в тёмное или наоборот. В первом

273

ПРИЁМНИКИ ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ

мающей системы глаза;

Фe — поток излучения, достигший световоспринимающей системы глаза.

Приняв в качестве единицы светового потока люмен (лм), получим спектральную чувствительность Kλ = 683 лм/Вт для монохроматического излучения с длиной волны λ = 555 [нм]. Это опытным путём много кратно доказанное соотношение: 1Вт потока монохроматического из лучения с длиной волны λ = 555 [нм] равен 683 лм светового потока.

Относительная спектральная чувствительность глаза Vλ определяется отношением спектральной чувствительности глаза Kλ к максимальному значению спектральной чувствительности этого же глаза [Kλ ]max:

Кривая относительной спектральной световой эффективности излучеL ния:

Кривая видности

Другими словами, чувствительность среднестатистического челове ческого глаза зависит от длины волны излучения и имеет максимум в жёлто зелёной части спектра (550—575 нм). График такой зависимости

— «кривой видности» — определяет, сколько люменов «видимого света» несёт в себе каждый ватт лучистой энергии монохроматического (одно цветного) излучения той или иной длины волны. При идеальном (без потерь) преобразовании электроэнергии в свет кривая видности как раз и покажет максимальную световую отдачу источника света заданного

275

ПРИЁМНИКИ ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ

ощущением цвета.

Ощущение цвета можно условно делить на две составляющие: коли чественную — светлоту — и качественную — ощущение цветности. Ус ловность этого деления заключается в том, что в действительности ощу щение цвета любого излучения едино.

Деление на качественную и количественную составляющие ощуще ния цвета лежат в основе современной колориметрии — науке о количе ственном выражении цветов и их измерении. Степень различия и усло вия равенства ощущений цветности устанавливаются эксперименталь но зрительным сопоставлением двух оптически смежных полей сравне ния, заполненных равнояркими и разноспектральными излучениями. Подобные эксперименты называются колориметрическими.

Примером возможности возникновения одинаковых ощущений цветности от разноспектральных излучений могут служить белые излу чения: равноинтенсивные и состоящие из двух монохроматических из лучений — дополнительных цветов. Таких белых излучений, получен ных в результате смеси двух монохроматических излучений, может быть очень много. Тождественность ощущений разноспектральных излуче ний возникает в результате одинакового соотношения уровней возбуж дения КЗС рецепторов органа зрения. Излучения, вызывающие одина ковые ощущения цветности, принято называть одноцветными. Качест венную характеристику излучения, определяемую различием соотно шения уровней реакции трёх приёмников среднего глаза, принято на зывать цветностью.

Средним глазом называют гипотетический трёхкомпонентный при ёмник, спектральная чувствительность каждого компонента которого зависит только от длины волны и с достаточной точностью воспроизво дит стандартизованные средние значения спектральной чувствительно сти КЗС рецепторов органа зрения человека в относительных едини цах.

Итак, цветность излучения определяется его спектральным соста вом, причём одинаковой цветностью могут обладать излучения с раз личными спектральными составами. Наряду с этим заданному спек тральному составу излучения соответствует единственно возможная цветность, так как любой заданный спектральный состав однозначно определяет соотношение уровней реакции КЗС приёмников среднего глаза.

Для комплексной качественной и количественной оценки излуче ния по аналогии с комплексной оценкой зрительного ощущения вводят понятие о цвете излучения. Цвет следует рассматривать как некоторое

свойство излучения, определяющее результат его действия на средний глаз по ощущению цветности и светлоты. Следовательно, цвет излучения ха рактеризуется его яркостью и цветностью.

Излучения, обеспечивающие тождественность зрительного ощуще ния, принято называть одинаковыми по цвету. Возможность установле ния зрительного тождества разноспектральных излучений позволяет сделать вывод о наличии в природе одинаковых по цвету излучений с различными спектральными составами.

Наиболее характерным примером различия ощущения по цветовой тональности является разноцветность монохроматических излучений.

277