Лабораторная работа №5 «Измерение яркости» по предмету «фотометрия и цветоведение»

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ
Факультет «Телевизионные технологии»
Кафедра «Телестудийные системы и приложения»

Лабораторная работа № 5

«Измерение яркости»
по предмету «ФОТОМЕТРИЯ и цветоведение»
Выполнил:
ст. группы 510-17 ТТИў __________________

Принял: Парманкулов И.П.

Ташкент – 2019

Лабораторная работа № 5
Измерение яркости
Яркость характеризует свечение поверхности предмета в не­котором направлении и необходимость ее измерения возникает очень часто. Задачи этого рода могут быть весьма разнооб­разны. Прежде всего речь может идти об измерении яркости источника света, как очень протяженного (например, небо),так и очень малого (например, нить лампы накаливания). В другом случае бывает необходимо определить яркость освещенного и светорассеивающего предмета, размеры которого могут быть самыми различными и поверхность которого может быть весьма неоднородна, так что и в этом случае задача может сводиться к измерению яркости малой площадки.
Измерение яркости выполняется на основе одной из двух из­вестных зависимостей. Первая из них — L = I/σ— связывает среднюю яркость Lисточника в заданном направлении с его силой света / в том же направлении и площадью а его проек­ции на плоскость, перпендикулярную к выбранному направле­нию. Сила света источника определяется одним из описанных способов, что обычно трудностей не представляет. Этого нельзя сказать о площади проекции источника, измерение которой в ряде случаев (например, для лампы накаливания) не явля­ется простым делом, в связи с чем определение яркости путем измерения силы света производится редко.
Яркомер. Гораздо чаще пользуются другим способом, свя­занным с выражением (1-8) и с прямой пропорциональностью между яркостью пучка лучей и световым потоком, который он переносит через две определяющие его диафрагмы.
П

Рис. 6-9. Схема фотоэлектрического ярко­мера

риборы, предназначенные для определения яркости пучка и основанные на измерении его светового потока, называются яркомерами. Принципиальная схема простейшего яркомера представлена на рис. 6-9. Одной из главных его частей является ахроматический объектив Об, изображающий участок аб светя­щейся поверхности Sна светочувствительной поверхности а'б' фотоэлектрического приемника ФЭ, прилегающей к отверстиюв непрозрачном экране Дф. Приемник ФЭ присоединен к элек­троизмерительному прибору ИП, показания которого пропор­циональна световому потеку Ф, падающему на поверхность приемника. Пучок, расходящийся из точки О предмета в преде­лах апертурного угла 2и, ограничивается оправой объектива Об, которая вместе с отверстием в непрозрачном экране Дф опре­деляет совокупность лучей, переносящих световой поток от ис­точника Sк приемнику ФЭ.
Согласно выражению (4-51) световой поток Ф пучка, падаю­щего на светочувствительную поверхность приемника через оп­тическую систему, равен произведению яркости Lпучка и гео­метрического фактора G системы двух отверстий:
L= Ф/G=kn, (6-21)
где п — отсчет по шкале электроизмерительного прибора, ak— коэффи­циент пропорционально­сти, постоянство которого определяется линей­ностью приемной сис­темы. Для того чтобы пользоваться подобным прибором, его надо проградуировать, т. е. надо определить отсчет по, соответствующий известной яр­кости L₀. Тогда можно написать, что
L/L₀= n/n₀, (6-22)
откуда значение измеряемой яркости Lможет быть найдено.
Схема, изображенная на рис. 6-9, не свободна от ряда недо­статков. В самом деле, эта схема требует, чтобы поверхность S, яркость которой измеряется, находилась на определенном рас­стоянии от яркомера, для того чтобы ее изображение попадало на отверстие экрана Дф. Это требование не всегда может быть выполнено. Кроме того, следует считаться с часто встречаю­щейся неравномерностью чувствительности фотоприемника ФЭ в разных точках его поверхности. Вместе с различиями яркости на поверхности измеряемого участка источника это может вы­звать заметные ошибки при определении средней яркости, осо­бенно если градуировка прибора производится в условиях, от­личающихся от условий измерения.


Рис. 6-10. Схема яркомера, позволяющего йзмерять яркости предметов, находящихся на разных расстоя­ниях от него

Одна из возможных схем более совершенного яркомера пред­ставлена на рис. 6-10. На оптической оси ахроматического объ­ектива Об, заключенного в оправу 2 и направленного на пло­щадку аб источника S,яркость которого должна быть изме­рена, помещена светочувствительная поверхность приемника ФЭ. Линза К — коллектив, отстоящий от объектива на расстоя­нии, несколько большем, чем его удвоенный фокус 2f,— изображает отверстие оправы 2 на светочувствительной поверхно­сти приемника ФЭ. Между объективом и коллективом вдоль оси яркомера может перемещаться диафрагма Дф со сменными от­верстиями площади а'. Эту диафрагму следует установить так, чтобы она совместилась с изображением поверхности S,кото­рое образует объектив Об. Тогда отверстие а' в диафрагме Дф окажется оптически связанным (сопряженным) со своим

«изображением» а на поверхности S. Площадь а будет тем участ­ком источника, излучение которого пройдет через диафрагму Дф и попадет на приемник ФЭ, т. е. это будет тот участок, яр­кость которого измеряется.

Рис. 6-11. Схема фотоэлектрического микрояркомера

Если поверхность Sнаходится на расстоянии 2/ от объек­тива Об, то и диафрагму Дфпридется поместить на расстоянии
2f от него и прибор будет измерять яркость участка а, площадь которого равна площади а' отверстия диафрагмы Дф. Если по­верхность Sбудет отстоять от объектива Об на расстояние, большее, чем 2/, то диафрагму Дф надо будет приблизить к Об, а площадь измеряемого участка будет больше площади отвер­стия а'. Наконец, если Sотодвинется от объектива на очень большое расстояние, то диафрагму Дф придется поместить в главную фокальную плоскость объектива, а измеряемый участок далекой поверхности Sбудет определяться телесным углом a'/f².Как видно, описанная схема позволяет измерять яркость предметов, находящихся от яркомера на расстояниях, равных или больших двойного фокусного расстояния используе­мого объектива.
Что касается неравномерности чувствительности поверхно­сти приемника, то это затруднение преодолевается тем, что на поверхности приемника всегда изображается равномерно осве­щенная поверхность объектива Об.
М

Рис. 6-12. График для оценки измери­мой яркости микрообъекта по его пло­щади при заданной апертуре А объек­тива 1–A=1;2 – A = 0.3

икрояркомер. С помощью описанного яркомера нельзя из­мерить только яркости предметов, находящихся на малых рас­стояниях от прибора и имеющих, естественно, малые,размеры. В этих случаях используется специальный «микрояркомер», представляющий собой соединение микроскопа с чувствитель­ным фотоэлектрическим приемником — чаще всего фотоумножителем.
В принципе его оптиче­ская схема (рис. 6-11, а) не отличается от схемы, представленной на рис.6-10. Разница состоит в том, что объектив Об за­меняется микрообъективом (объективом микроскопа)