5.6. Приемники световой энергии

Наиболее чувствительным приемником световой энергии является глаз человека. При длительной адаптации на темноту он способен воспринимать энергию в несколько десятков квантов.

Однако, глаз человека является только регистрирующим прибором, а не измерительным, во-первых, и кроме того, он обладает очень маленькой областью спектральной чувствительности и очень большой селективностью, во-вторых.

Большое распространение в качестве приемников энергии получили различные фотоэлементы, вентильные и вакуумные.

Вентильный селеновый фотоэлемент по чувствительности (спектральной) весьма близок к чувствительности глаза человека, поэтому он используется там, где в качестве приемника желателен глаз.

Интегральная чувствительность селеновых фотоэлементов составляет 400 – 500 мкА/лм.

Для регистрации световых потоков, величина которых менее 10^-3лм, применяют фотоумножители, или вакуумные фотоэлементы.

Для регистрации потоков излучения в области 0.6 – 1.2мкм используются сернисто-серебряные фотоэлементы вентильного типа (ФЭСС). Интегральная чувствительность составляет примерно 10мА/лм.

В лабораторной практике в качестве приемников излучения широко применяют фотографические материалы. Фотоматериалы обладают одной замечательной особенностью, почернением фотографической пластинки является функцией светового потока и времени экспонирования:

,

где H – экспозиция, в первом приближении определяемая по формуле

.

Таким образом, увеличивая время выдержки, можно получить регистрацию световых потоков, которые другими приемниками не воспринимаются.

5.7. Светосила оптического прибора

Светосилой H оптического прибора называется отношение освещенности, измеренной на поверхности изображения, к яркости предмета

Для определения светосилы прежде всего необходимо определить величину светового потока F, входящего во входной зрачок оптического прибора (рис. 5.7.1).

Рис. 5.7.1

Как мы уже имели

,

где B – яркость излучающей поверхности, dS – элемент поверхности, излучающей свет, d – телесный угол элементарного пучка и i – угол между нормалью поверхности и осью элементарного пучка.

Элементарный телесный угол d образован пучком лучей, исходящих из точки A и заполняющих элементарную площадку на входном зрачке. Угловые координаты этой площадки – углы i и . Выразим телесный угол d через приращения di и d угловых координат (рис. 5.7.2.). Для этого опишем вокруг точки A сферу с радиусом r. Ax –оптическая ось системы, AP – главный луч пучка.

Рис. 5.7.2

Из чертежа мы видим, что площадь элементарной площадки dS равна

где  – длина перпендикуляра PM, опущенного из т.P на ось AX:

Тогда

при r=1 площадь dS переходит в выражение для телесного угла d в стерадианах

Отсюда, световой поток, входящий во входной зрачок системы, равен

и

Или

Световой поток, выходящий из оптического прибора, может быть найден двумя путями

а).

б). аналогично рассмотренному выше

Закон Кирхгофа устанавливает связь между B и B’

Тогда

Освещенность E на плоскости изображений равна

но

Тогда

или

Приравнивая правые части формул найдем закон синусов, полученный как условие применимости полученных формул

Светосила оптического прибора равна

или

.