Фотометрія (оптика)

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Фотометрія (значення).

Фотомèтрія (дав.-гр. φῶς, родовий відмінок φωτός — світло і μετρέω — вимірюю) — загальна для всіх розділів наукова дисципліна, на основі якої проводяться кількісні вимірювання енергетичних характеристик поля випромінювання.

Загальний опис

• 1. Комплекс методів вимірювання інтенсивності випромінювання у видимій, УФ- або ІЧ-області спектру. До фотометрії відносять атомно-абсорбційний аналіз, фотометрію полум'я, турбідиметрію, нефелометрію, люмінесцентний аналіз, спектроскопію відбиття, . Останній включає спектрофотометрію, фотоколориметрію та візуальну фотометрію (колориметрію). Спектрофотометрія і фотоколориметрія основані на визначенні оптичної густини речовин за допомогою спектрофотометрів та фотоелектроколориметрів. Молекулярно-абсорбційний фотометричний аналіз застосовують для визначення більшості хімічних елементів при їх вмісті від 10-4-10-5 % до десятків %, а також для дослідження процесів комплексоутворення, ідентифікації органічних сполук тощо.
• 2. Розділ прикладної оптики, в якому вивчаються методика і техніка вимірювання параметрів джерел світла, світлових пучків та освітлених поверхонь. Основними фотометричними величинами є світловий потік Ф, сила світла ${\displaystyle I_{\text{v}}}$, освітленість E, світність R та яскравість джерела B. За основну фотометричну величину в Міжнародній системі величин (ISQ) взято силу світла ${\displaystyle I_{\text{v}}}$. Фотометричні величини визначають фотометрами (потік), люксметрами (освітленість).

В основі фотометрії як науки лежить розроблена теорія світлового поля.

На практиці положення теорії світлового поля реалізуються інженерною дисципліною — світлотехнікою.

Історія

Перший із законів фотометрії — закон обернених квадратів — був сформульований Йоганном Кеплером у 1604 році.

${\displaystyle E={I \over r^{2}}\cos i}$ , (1)

де:

• E — освітленість
• ${\displaystyle r\!}$ —відстань від джерела до об'єкта
• ${\displaystyle I\!}$ —сила світла точкового джерела
• ${\displaystyle i\!}$ —кут падіння променів відносно нормалі до поверхні.

Фотометрія як наука почалась в 1760-х з робіт Ламберта, який сформулював закон дифузного відбиття світла () і Бугера, який сформулював закон поглинання світла (закон Бугера — Ламберта — Бера).

Використовування терміну «світло» щодо описання поля випромінювання в будь-якій області спектрального діапазону оптичного випромінювання, а не лише в видимій його області, сьогодні є загальновизнаним («швидкість світла», «промінь світла»).

Фотометрія — розділ оптики, в якому досліджуються енергетичні характеристики світла при його емісії, розповсюдженні і взаємодії з тілами. Оперує фотометричними величинами.

У фізичній оптиці інтенсивність поля електромагнітного випромінювання визначається квадратом модуля вектора напруженості електромагнітного поля E,(який є основною розрахунковою величиною у фізичній оптиці), і характеризуеться щільністю поля (нім. Energiedichte) dw: dw = dE / dV = ε x | E |(2)

де dV — елемент об'єму в заданій точці простору, а dE енергія поля, укладеного в даному об'ємі в цей момент часу

ε — діелектрична стала середовища, у якій поширюється випромінювання.

В оптичному діапазоні спектру частоти електромагнітних коливань настільки високі, що безпосереднє вимірювання модуля цього вектора (на відміну від радіотехніки) неможливе. Сучасними технічними засобами забезпечується лише посереднє значення цієї величини в інтервалі часу, які характеризують . Ефекти взаємодії випромінювання з речовиною, в тому числі і з приймачем випромінювання, визначаються саме поглиненою енергією випромінення, а не напруженістю електромагнітного поля.

Перехід на використання в теоретичній оптиці енергетичних характеристик поля привів би до нелінійності рівнянь, що залишило б засноване використання принципу суперпозиції, як базового принципу, який дозволяє пояснити багато оптичних явищ.

Окрім того, рівняння Максвелла, яке дозволяє вирахувати значення Е не враховує в явному вигляді ні геометрії поля випромінення, ні його фотометричних характеристик, і тому сучасна теорія оптичних приладів не використовує математичного апарату теорії Максвелла у всій його повноті.

Будучи орієнтованою на практику, теорія оптичних приладів продовжує базуватись на використанні геометричної оптики і закону збереження енергії.

Існує офіційно признана сукупність термінів, які описують енергетичні характеристики поля випромінювання.

У зв'язку з цим теоретик світового поля Гершун казав:

Той, хто при спробі описати користується терміном «інтенсивність» або навмисно відмовляється від можливості його кількісного опису, або не розуміє того, про що говорить,

Теорія світлового поля

Докладніше: Світлове поле

Вихідною енергетичною характеристикою поля випромінювання є «спектральна густина енергетичної яскравості»

B(λ)= d(E) / [d(λ) x d(t) x dS x d(ω)],

яка означає долю енергії випромінювання, що знаходиться в одиничному інтервалі довжин хвиль, і яка проходить за одиницю часу через перпендикулярну до поширення випромінювання територію одиничної площі в межах одиничного тілесного кута. Якщо додати до цього ще і орієнтацію плоскості поляризації, то сукупність значень спектральної щільності яскравості вичерпним чином описує поле випромінювання.

Спектральна щільність яскравості — скаляр, величина якого залежить від орієнтації в просторі нормалі до області dS. Відкладаючи в бажаному масштабі значення B(λ) за різними напрямками нормалі при різноманітній орієнтації області, отримуємо , як вихідну характеристику поля неполяризованого випромінювання для даної точки поля випромінювання.

Фотометричні вимірювання

Докладніше: Фотометр

Фото́метр — пристрій для вимірювання будь-яких із фотометричних величин, частіше інших — одної або багатьох світлових величин.

При використанні фотометра здійснюють конкретне просторове обмеження потоку випромінювання і реєстрацію його приймачем випромінювання із заданою спектральною чутливістю. Освітленність вімірюють люксметрами, світловий потік і світлову енергію — за допомогою інтегруючого фотометра. Пристрої для вимірювання кольору об'єкта називають .

Див. також

• Фотометрія полум'я
• Термофотометрія
• Фотометричне стерео

Примітки

1. Гершун А. А. Теория светового поля: Избранные труды по фотометрии и светотехнике
2. ИТМО: Годы и люди: Часть первая/сост. М. И. Потеев. СПб.,2000.-284 с. УДК 378.095’(09);;
3. Optik: eine Einführung/F- und L-Pedrotti; W.Bausch;H.Schmidt — 1 Aufl.München. 1996-
4. Чуриловский  В. Н. Теория оптических приборов. М.;Л.,1966.564  с.
5. http://www.yondi.ru/inner_c_article_id_635.phtm [ 30 грудня 2008 у Wayback Machine.] ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин
6. Гершун. Лекции по физической оптике, читавшиеся на Инженерно-физическом факультете ЛИТМО до конца 1951 года
7. Избранные труды по фотометрии и светотехнике"

Література

• Теоретична та прикладна фотометрія: навч. посіб. / уклад.: К. Ю. Зенкова, А. О. Карачевцев; Чернів. нац. ун-т ім. Ю.Федьковича. — Чернівці, 2009. — 74 c.

Посилання

• Фотометрія // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
• Вплив дискретизації фокальної площини на функціонал еліпсоїдального рефлектора [ 21 березня 2022 у Wayback Machine.] І. В. Геліч, 2018