Основные фотометрические характеристики

Наряду со световым потоком основными фотометрическими характеристиками являются сила света, освещенность и яркость.

Понятие силы света вводится с помощью представления о точечном источнике света. Источник света считается точечным, если его размер мал по сравнению с расстоянием до места наблюдения и если он испускает свет равномерно по всем направлениям.

Сила света измеряется отношением светового потока Ф, создаваемого точечным источником света в телесном угле, к этому телесному углу Ω. То есть сила света I выражается соотношением

(3.10)

Рис. 3.13

Телесным углом называется часть пространства, ограниченная конической поверхностью. Телесный угол определяется отношением площади S, вырезаемой этим углом, на поверхности сферы, к квадрату радиуса сферы (рис. 3.13):

Единицей телесного угла является стерадиан (ср). 1 ср – это телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата, со стороной, равной радиусу сферы. Очевидно, что телесный угол, охватывающий все пространство вокруг источника света, равен 4π стерадиан:

В качестве единицы силы света принята кандела (кд). 1 кд – сила света, испускаемая при определенных условиях эталонным источником света специальной конструкции.

Согласно формуле (3.10),

Ф = IΩ (3. 11)

следует, что единицей светового потока является световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле 1 ср при силе света 1 кд. Эта единица называется люменом (лм).

Рис. 3.14

Для количественной оценки освещения поверхности вводится понятие освещенности (рис. 3. 14). Освещенностью поверхности называется отношение светового потока, падающую на данную поверхность, к площади этой поверхности:

(3.12)

Если линейные размеры поверхности S малы по сравнению с ее расстоянием до источника света О, то

где S₀ – проекция S на плоскость, перпендикулярную оси ОМпотока, α– угол между S и S₀. Тогда

Подставляя это выражение в формулу (3.12) и учитывая формулу (3.11), получим

(3.13)

Таким образом, освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света, пропорциональна силе света и косинусу угла падения света на эту поверхность и обратно пропорциональна квадрату расстояния до поверхности.

Рис. 3.15

За единицу освещенности принимается люкс (лк). 1 лк – освещенность поверхности площадью 1 м² при световом потоке, падающего на нее излучения, равном 1 лм.

До сих пор мы говорили о точечных источниках. Во многих случаях источники света являются протяженными: при рассмотрении таких источников глаз различает их форму и размеры. Для протяженных источников света вводится дополнительная характеристика – яркость. Яркость протяженного источника света измеряется отношением силы света, излучаемого с видимой площади (перпендикулярной направлению наблюдения) данного источника, к площади этой поверхности:

(3.14)

где I – сила света, S₀ – видимая поверхность источника света S (рис. 3.15). Единицей яркости является кандела на квадратный метр (кд/м²).

Лекция 4