ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Измерение яркости
I. Цель работы
Целью работы является изучение методов измерения яркости, градуировка и исследование характеристик одного из серийно выпускаемых фотоэлектрических яркомеров.
2. Введение
Под
яркостью L
в точке поверхности (реальной или
условной) в некотором направлении
понимается пространственная плотность
светового потока
,
излучаемого в этом направлении
элементарным участком поверхности dА,
отнесенная к площади проекции участка
на плоскость, перпендикулярную заданному
направлению:
(4.1)
где - угол между нормалью к участку излучающей поверхности и заданным направлением.
В соответствии с этим определением простейшая оптическая схема яркомера (рис. 4.1) может состоять из приемника излучения и двух диафрагм. Полевая диафрагма Дп определяет поле зрения яркомера А (угловое поле 2), а апертурная диафрагма ДА ограничивает телесный угол , в пределах которых происходит усреднение измеряемой яркости. В частном случае роль апертурной диафрагмы может выполнять оправа приемника излучения.
Гораздо большими возможностями обладает оптическая схема, лежащая в основе большинства современных фотоэлектрических яркомеров (рис. 4.2). В этой схеме объектив О строит в плоскости диафрагмы Дп изображение П' исследуемой поверхности П, освещенность в каждой точке которого пропорциональна яркости L соответствующей точки поверхности П:
(4.2)
где - коэффициент пропускания объектива.
Увеличение объектива равно
(4.3)
где l1 и l2, - расстояния от главной плоскости объектива до предмета и изображения, связанные с фокусным расстоянием объектива формулой
(4.4)
Световой поток, прошедший через диафрагму Дп на фотоэлектрический приемник излучения и вызванный этим потоком фототок также пропорциональны яркости L:
(4.3)
где Ап - площадь полевой диафрагмы, S - интегральная чувствительность приемника излучения.
При измерении яркости разноудаленных объектов необходимо перемещать объектив для получения их четкого изображения в плоскости полевой диафрагмы (в частном случае - оправы фотоприемника). Для обеспечения постоянства угла , необходимого для независимости показаний прибора от расстояния до объекта, служит неподвижная апертурная диафрагма ДА, удаленная от полевой диафрагмы на расстояние, несколько меньшее фокусного расстояния объектива. Независимость результата измерений от удаленности предмета обеспечивается при перемещении объектива до крайнего положения О2.
Диафрагма Дп, выделяющая участок изображения и соответствующий ему участок предмета, в пределах которого происходит усреднение измеряемой яркости, определяет поле зрения яркомера. Обычно в яркомерах предусматривают несколько сменных полевых диафрагм разного диаметра, а иногда и разной формы. Для определения положения фотометрируемого участка в пространстве предметов в яркомерах предусматривают визирное устройство.
3.Описание установки
В работе исследуется фотометр постоянных источников света ФПИ с яркомерной насадкой (как вариант - фотометр ФПЧ). Описание и оптическая схема фотометра ФПИ приведены в приложении П4. Остальные элементы измерительной схемы устанавливаются на держателях, скользящих по рельсу с миллиметровой шкалой. Для исследования характеристик яркомера используется диффузный осветитель с лампой накаливания, перекрытой молочным стеклом в специальной оправе. В таких же оправах закреплены цветные светофильтры, штриховые миры и другие диапозитивы, устанавливаемые перед молочным стеклом в специальных пазах осветителя при юстировке и исследованиях яркомера.
При градуировке яркомера на рельсе устанавливаются держатели с рабочей светоизмерительной лампой силы света и отражающей пластиной из молочного стекла MC13 с известным коэффициентом яркости . Светоизмерительная лампа и лампа осветителя подключаются к стабилизированным источникам питания. Параметры ламп и отражающей пластины приведены на панели лабораторного стенда.