Физические величины и единицы их измерения. Основную часть информации человек получает через органы зрения, носителем этой информации является излучение

Основную часть информации человек получает через органы зрения, носителем этой информации является излучение, называемое светом. Благодаря действию света человек видит окружающий его мир, т. е. воспринимает зрительные образы предметов.

Еще с древних времен ученых всего мира интересовали природа и свойства света. Долгое время свет представляли себе как поток мельчайших частиц – корпускул. В XVII веке была выдвинута волновая теория, в соответствии с которой свет рассматривали как волновые колебания «эфира», подобные волнам на поверхности воды.

В середине XIX века английский физик Дж. Максвелл заложил основы электромагнитной теории света.

Рис. 4. Чувствительность зрительных рецепторов в пределах видимого спектра.

В соответствии с этой теорией, видимый свет представляет собой разновидность электромагнитных колебаний (волн) с длиной волны λ от 380 до 760 нм. Световые волны различной длины вызывают у человека различные цветовые ощущения. Часто к числу световых лучей относят и невидимые – инфракрасные (λ> 760 нм) и ультрафиолетовые (λ < 380 нм).

Современные представления о природе света были сформированы в 30-х годах XX века и нашли свое выражение в теории, называемой квантовой термодинамикой. Благодаря этой теории удалось непротиворечивым образом объединить, казалось бы, несовместимые ранее представления о природе света как о волне и потоке частиц. Поскольку свет обладает одновременно как корпускулярными, так и волновыми свойствами, для объяснения одних явлений можно пользоваться представлением о свете как о волнах (дифракция, интерференция, дисперсия, поляризация), а для объяснения других - как о потоке частиц (испускание, поглощение света).

Свет оказывает воздействие на тела, в частности на фотографические материалы, благодаря тому, что он переносит энергию. Естественно, что действие света зависит от количества энергии, которую он переносит.

Существуют две системы измерения энергии света - энергетическая и фотометрическая. Энергетическая система учитывает энергию излучения во всем диапазоне длин волн и выражает ее в единицах энергетической мощности ваттах (Вт).

В фотографии принята в основном фотометрическая система, которая измеряет только видимое излучение и оценивает его по действию на зрительный аппарат человека.

Интенсивность зрительного ощущения зависит не только от общего количества световой энергии, но и от длины волны световых лучей. Для человеческого глаза наибольшей относительной видимостью, т. е. степенью воздействия, обладает зеленое излучение с длиной волны λ = 556 нм.

Тело, испускающее свет, называется первичным источником света (или просто источником света). Тело, которое только отражает падающие на него лучи, называется вторичным источником света.

При оценке параметров диапроекторов при описании кинопроекционной аппаратуры будут приводиться значения светового пото­ка проекционного устройства, освещенности и яркости экрана. В связи с этим необходимо напомнить основные понятия и некоторые термины светотехники.

Световой поток (Ф) характеризуется воздействием лучистой энергии на глаз человека. Единица измерения светового потока люмен (лм) равна световому потоку соответствующего эталона источника света. Единицей силы света служит кандела (кд). Кандела - сила света такого точечного источника, который равномерно излучает внутри телесного угла в 1 стерадиан световой поток в 1 лм. Единица освещенности поверхности люкс (лк) - освещенность, создаваемая световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площади в 1 кв. м.

Освещенность поверхности Е прямо пропорциональна световому потоку и обратно пропорциональна площади поверхности (экрана)

Е = Ф/S.

В конечном счете нас интересует яркость экрана, которая определяется силой света сединицы площади в направлении наблюдения. Яркость экрана измеряется в канделах с квадратного метра (кд/м²),

где L — яркость (кд/м2); Е — освещенность (лк); г — коэффициент яркости; Ф — световой поток (лм); S — площадь экрана (м2).

Яркость экрана при том же значении освещенности зависит от отражающих свойств экрана, от коэффициента яркости. Если этот коэффициент известен, то яркость экрана может быть выражена через его освещенность или световой поток проекционного устройства.

Яркость характеризует не только источники, непосредственно излучающие свет, но и вторичные источники – освещенные тела, диффузно отражающие свет. При данной освещенности яркость вторичного источника света тем больше, чем больше его отражательная способность.

Приведенное соотношение справедливо для диффузно рассеивающих экранов (бело-матовых), яркость которых воспринимается практически одинаковой во всех направлениях. Коэффициент яркости, а значит, и сама яркость для экранов определенного типа зависят от угла, под которым рассматривается освещенная поверхность.

Основным параметром проекционного устройства является значение его полезного светового потока. От полезного светового потока проектора, как это видно из приведенного соотношения, зависят освещенность и яркость экрана.

Увеличение размеров экрана при сохранении оптимальной яркости изображения требует увеличения полезного светового потока проектора.

Значение полезного светового потока проектора определяется интенсивностью источника света, а также особенностью построения оптико-осветительной системы. Немалую роль в этом отношении играет качество проекционного объектива – его относительное отверстие.

Относительным отверстием объектива называется отношение диаметра действующего отверстия объектива d к его фокусному расстоянию , или 1: п, где число п показывает, во сколько раз фокусное расстояние больше диаметра действующего отверстия объектива. Отношение квадрата диаметра действующего отверстия к квадрату фокусного расстояния объектива определяет его светосилу. Если относительное отверстие одного объектива вдвое больше относительного отверстия другого, то светосила первого объектива не в два, а в четыре раза больше светосилы второго объектива. На оправах объективов обозначается значение относительного отверстия. С увеличением светосилы объектива увеличивается полезный световой поток проектора.