Фотометрия ( др.-греч. φῶς , родительный падеж φωτός — свет и μετρέω — измеряю) — общая для всех разделов прикладной оптики научная дисциплина, на основании которой производятся количественные измерения энергетических характеристик поля излучения.

В основе фотометрии как науки лежит разработанная А. Гершуном теория светового поля .

На практике положения теории светового поля реализуются инженерной дисциплиной — светотехникой .

История

Первый из законов фотометрии — закон обратных квадратов — был сформулирован Иоганном Кеплером в 1604 году .

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

• E — освещённость
• ${\displaystyle r}$ —расстояние от источника до объекта
• ${\displaystyle I}$ —сила света точечного источника
• ${\displaystyle i}$ —угол падения лучей относительно нормали к поверхности.

Фотометрия как наука началась в 1760-х с работ Ламберта , сформулировавшего закон диффузного отражения света ( закон Ламберта ) и Бугера , сформулировавших закон поглощения света ( закон Бугера — Ламберта — Бера ).

Использование термина «свет» применительно к описанию поля излучения в любой области спектрального диапазона оптического излучения , а не только в видимой его области, в настоящее время является общепризнанным (« скорость света », «луч света»)

Указание на применение в каждом конкретном случае энергетических или световых единиц устраняет все поводы к добросовестным недоразумениям. Иными словами Фотометрия — раздел оптики , в котором исследуются энергетические характеристики света при его испускании, распространении и взаимодействии с телами. Оперирует фотометрическими величинами .

В физической оптике интенсивность поля электромагнитного излучения определяется квадратом модуля вектора напряженности электромагнитного поля E , (который является основной рассчитываемой величиной в физической оптике), и характеризуется плотностью поля (нем. Energiedichte) dw:

dw = dE / dV = ε x | E |(2)

где dV — элемент объема в заданной точке пространства, а dE есть энергия поля, заключенного в данном объеме в рассматриваемый момент времени

При этом, ε есть , в которой распространяется излучение.

В оптическом диапазоне спектра частоты электромагнитных колебаний настолько высоки, что непосредственное измерение модуля этого вектора (в отличие от радиотехники ) невозможно. Современными техническими средствами обеспечивается лишь усреднённое значение этой величины в интервале времени, характеризующемся . Эффекты взаимодействия излучения с веществом, в том числе и с приемником излучения, лежащие в основе выработки несущего информацию сигнала , определяются именно поглощенной энергией излучения, а не напряженностью электромагнитного поля.

Переход на использование в теоретической оптике энергетических характеристик поля привёл бы к нелинейности уравнений, что лишило бы оснований использование принципа суперпозиции, как базового принципа, позволяющего объяснить многие оптические явления.

Кроме того, уравнения Максвелла , позволяющие вычислить значения Е не учитывают в явном виде ни геометрии поля излучения, ни его фотометрических характеристик, и потому современная теория оптических приборов не использует математического аппарата теории Максвелла во всей полноте.

Будучи ориентированной на практику, теория оптических приборов продолжает базироваться на использовании геометрической оптики и закона сохранения энергии .

Существует официально признанная совокупность терминов, описывающих энергетические характеристики поля излучения .

В связи с этим теоретик светового поля Гершун говорил:

Тот, кто при попытке описания светового поля пользуется термином «интенсивность» либо намеренно отказывается от возможности его количественного описания, либо не понимает того, о чем говорит ,

Теория светового поля

Исходной энергетической характеристикой поля излучения является «спектральная плотность энергетической яркости»

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

обозначающая долю энергии излучения, лежащую в единичном интервале длин волн, проходящей за единицу времени через перпендикулярную распространению излучения площадку единичной площади и распространяющуюся в пределах единичного телесного угла. (см. рис.)Если добавить к этому еще и ориентацию плоскости поляризации, то совокупность значений спектральной плотности яркости исчерпывающим образом описывает поле излучения.

Спектральная плотность яркости есть скаляр, величина которого зависит от ориентации в пространстве нормали к площадке dS. Откладывая в желаемом масштабе значения B(λ) по разным направлениям нормали при различной ориентации площадки, получаем , как исходную характеристику поля неполяризованного излучения для данной точки поля излучения.

Фотометрические измерения

Фото́метр — прибор для измерения каких-либо из фотометрических величин , чаще других — одной или нескольких световых величин.

При использовании фотометра осуществляют определённое пространственное ограничение потока излучения и регистрацию его приёмником излучения с заданной спектральной чувствительностью. Освещённость измеряют люксметрами , яркость — яркомерами , альбедо — альбедометрами , световой поток и световую энергию — с помощью фотометра интегрирующего. Приборы для измерения цвета объекта называют колориметрами . В фотографии и кинематографе световые величины измеряются фотоэкспонометром .

См. также

• Фотометрия пламенная
• Фотометрия в астрономии
• Фотометрическая система

Примечания