Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Көрінетін жарықты өлшеу ғылымы
Science of the measurement of visible light
Фотометрия – оптиканың адам көзіне көрінетін жарықтың шамасын өлшеумен айналысатын саласы. Ол объектінің немесе жүйенің шығаратын, өткізетін немесе қабылдайтын жарық мөлшерін сандық тұрғыда бағалаумен шұғылданады. Қазіргі заманғы фотометрияда әрбір толқын ұзындығындағы сәулелену қуаты, адамның жарыққа сезімталдығын модельдейтін жарықтық функциясымен салмақталады. Әдетте, бұл салмақтау функциясы фотопиялық сезімталдық функциясы болып табылады, бірақ скотопиялық функция немесе басқа функциялар да осылай қолданылуы мүмкін. Салмақтар CIE және ISO ұйымдарымен стандартталған. Фотометрия, абсолютті қуат бойынша сәулелену энергиясын (жарық қоса алғанда) өлшеу ғылымы – радиометриядан ерекшеленеді.
Photometry is a branch of optics that deals with the measurement of light in terms of its perceived brightness to the human eye. It is concerned with quantifying the amount of light that is emitted, transmitted, or received by an object or a system. In modern photometry, the radiant power at each wavelength is weighted by a luminosity function that models human brightness sensitivity. Typically, this weighting function is the photopic sensitivity function, although the scotopic function or other functions may also be applied in the same way. The weightings are standardized by the CIE and ISO. Photometry is distinct from radiometry, which is the science of measurement of radiant energy (including light) in terms of absolute power.
Фотометрия және көз
Адамның көзі көрінетін жарықтың барлық толқын ұзындықтарына бірдей сезімтал емес. Фотометрия осыған есеп беруге тырысады, әрбір толқын ұзындығында өлшенген қуатты сол толқын ұзындығында көздің сезімталдығын көрсететін фактормен салмақтап бағалайды. Көздің жарыққа толқын ұзындығына байланысты реакциясының стандартталған моделі жарықтық функциясы арқылы беріледі. Көз жарық жағдайларына (фотопиялық көру) және қараңғы жағдайларға (скотопиялық көру) бейімделгенде толқын ұзындығына байланысты әртүрлі жауап береді. Фотометрия көбінесе көздің фотопиялық реакциясына негізделгендіктен, фотометриялық өлшемдер ай мен жұлдыздардың жарығы сияқты түстерді ажырату мүмкін болмайтын, әлсіз жарық жағдайындағы жарық көздерінің қабылданатын жарықтығын дәл көрсетпеуі мүмкін. Фотопиялық көру шаршы метрге үш кэнделадан жоғары жарық деңгейінде көздің реакциясының ерекшелігі болып табылады. Скотопиялық көру 2 × 10−5 кд/м2 төмен жарық деңгейінде пайда болады. Мезопиялық көру осы шектер арасында кездеседі және спектрлік жауап бойынша толық сипатталмаған.
The human eye is not equally sensitive to all wavelengths of visible light. Photometry attempts to account for this by weighting the measured power at each wavelength with a factor that represents how sensitive the eye is at that wavelength. The standardized model of the eye's response to light as a function of wavelength is given by the luminosity function. The eye has different responses as a function of wavelength when it is adapted to light conditions (photopic vision) and dark conditions (scotopic vision). Photometry is typically based on the eye's photopic response, and so photometric measurements may not accurately indicate the perceived brightness of sources in dim lighting conditions where colors are not discernible, such as under just moonlight or starlight. Photopic vision is characteristic of the eye's response at luminance levels over three candela per square metre. Scotopic vision occurs below 2 × 10−5 cd/m2. Mesopic vision occurs between these limits and is not well characterised for spectral response.
Фотометриялық шамалар
Электромагниттік сәулеленудің әсерін өлшеу 18 ғасырдың соңында-ақ ғылыми зерттеу саласы болды. Өлшеу әдістері зерттелетін әсерлерге байланысты әр түрлі болды және осыған байланысты әр түрлі терминология пайда болды. Термометрлермен өлшенген инфрақызыл сәулеленудің жалпы жылыту әсері, жалпы энергия және қуат шамаларымен радиометриялық бірліктерді әзірлеуге алып келді. Адам көзінің детектор ретінде пайдаланылуы көздің сезімталдық сипаттамасына сәйкес фотометриялық бірліктердің дамуына себеп болды. Көк сәулеленудің химиялық әсерлерін зерттеу, жалпы дозаны немесе секундына фотондармен өлшенетін актинометриялық бірліктерді анықтауға мүмкіндік берді. Фотометриялық өлшеулерде көптеген түрлі өлшем бірліктері қолданылады. "Жарқын" деген сөз жарық ағыны жоғары (люменмен өлшенеді) жарық көзіне, немесе жарық ағынын өте тар сәулеге шоғырландыратын (канделамен өлшенеді) жарық көзіне, немесе қараңғы фонға қарсы көрінетін жарық көзіне қатысты болуы мүмкін. Жарық үш өлшемді кеңістікте таралу жолдары – таралып, шоғырланып, жылтыр немесе матовый беттерден шағылысуы және жарық көптеген әртүрлі толқын ұзындықтарынан тұратындықтан, жарықты өлшеудің түбегейлі түрлерінің саны көп, сондай-ақ оларды көрсететін шамалар мен бірліктер де көп. Мысалы, кеңселер әдетте жоғары жарық ағыны үшін көптеген кіріктірілген люминесценттік шамдармен "жарық" жарықтандырылады. Лазерлік көрсеткіштің жарық ағыны өте төмен (ол бөлмені жарықтандыра алмайды), бірақ бір бағытта қызыл жарқын (сол бағыттағы жарық интенсивтілігі жоғары).
Measurement of the effects of electromagnetic radiation became a field of study as early as the end of 18th century. Measurement techniques varied depending on the effects under study and gave rise to different nomenclature. The total heating effect of infrared radiation as measured by thermometers led to development of radiometric units in terms of total energy and power. Use of the human eye as a detector led to photometric units, weighted by the eye's response characteristic. Study of the chemical effects of ultraviolet radiation led to characterization by the total dose or actinometric units expressed in photons per second. Many different units of measure are used for photometric measurements. The adjective "bright" can refer to a light source which delivers a high luminous flux (measured in lumens), or to a light source which concentrates the luminous flux it has into a very narrow beam (candelas), or to a light source that is seen against a dark background. Because of the ways in which light propagates through three dimensional space — spreading out, becoming concentrated, reflecting off shiny or matte surfaces — and because light consists of many different wavelengths, the number of fundamentally different kinds of light measurement that can be made is large, and so are the numbers of quantities and units that represent them. For example, offices are typically "brightly" illuminated by an array of many recessed fluorescent lights for a combined high luminous flux. A laser pointer has very low luminous flux (it could not illuminate a room) but is blindingly bright in one direction (high luminous intensity in that direction).
Ватт пен люменнің айырмашылығы
Ватт – сәулелену ағынының бірлігі, ал люмен – жарық ағынының бірлігі. Ватт пен люменді салыстыру радиометриялық және фотометриялық бірліктер арасындағы айырмашылықты көрсетеді. Ватт – қуаттың бірлігі. Біз шамдарды ваттағы қуатпен есептеуге дағдыланғанбыз. Бұл қуат жарық шығару мөлшерін өлшемейді, керісінше шамның қанша энергия жұмсайтынын көрсетеді. «Жалпы қолданысқа» арналған қыздырғыш шамдардың барлығы дерлік бірдей сипаттамаларға ие болғандықтан (бірдей спектрлік қуат таралуы), қуат тұтыну қыздырғыш шамдардың жарық шығаруына шамамен баға беруге мүмкіндік береді. Ватт сонымен қатар шығыстың тікелей өлшемі болуы мүмкін. Радиометриялық тұрғыдан алғанда, қыздырғыш шамның тиімділігі шамамен 80% құрайды: энергияның 20% жоғалады (мысалы, шамның қосылысы арқылы жылу өткізіледі). Қалғаны сәулелену түрінде шығарылады, көбінесе инфрақызыл сәуле. Осылайша, 60 ваттты шам шамамен 45 ватттық жалпы сәулелену ағынын шығарады. Шындығында, қыздырғыш шамдар кейде жылу көзі ретінде қолданылады (мысалы, тауық балапандарына арналған инкубаторларда), бірақ көбінесе олар жарық беру мақсатында қолданылады. Олар өте тиімсіз, себебі олар шығаратын сәулелену энергиясының көп бөлігі көзге көрінбейтін инфрақызыл сәулелер болып табылады. Ықшам люминесценттік шам 60 ваттты қыздырғыш шамға тең жарық бере алады, бірақ электр қуатын 15 ваттқа дейін ғана жұмсайды. Люмен – жарық шығарудың фотометриялық бірлігі. Көптеген тұтынушылар әлі де шамды тұтынылатын қуаты ретінде қарастырса да, АҚШ-та бірнеше ондаған жылдар бойы шам қаптамасында жарық шығаруын люмендермен көрсету сауда талабы болып табылады. 60 ваттты шамның қаптамасы, 15 ваттты Ықшам люминесценттік шамның қаптамасы сияқты, шамамен 900 люмен жарық беретінін көрсетеді. Люмен – бір кандела күшіндегі нүктелік көздің бір стерадианға берген жарық мөлшері ретінде анықталады; ал кандела, SI жүйесіндегі негізгі бірлік, 540 терагерц жиілігі бар монохроматикалық сәулелену көзінің жарық қарқындылығы және стерадианға 1/683 ватт сәулелену қарқындылығы ретінде анықталады. (540 ТГц шамамен 555 нанометрге сәйкес келеді, бұл жасыл түсті толқын ұзындығы, оған адам көзі ең сезімтал. 1/683 саны стандартты шамға жуық болуы үшін таңдалған. Осы анықтамаларды біріктіргенде, 555 нанометрлік жасыл жарықтың 1/683 ватты бір люмен беретінін көреміз. Ватт пен люмен арасындағы қатынас жай ғана масштабтау факторы емес. Біз мұны білеміз, себебі 60 ваттты шам және 15 ваттты Ықшам люминесценттік шам екеуі де 900 люмен бере алады. Анықтама бізге 1 ватт таза жасыл 555 нм жарық 683 люменге тең екенін айтады. Ол басқа толқын ұзындықтары туралы ештеңе айтпайды. Люмендер фотометриялық бірліктер болғандықтан, олардың ваттқа қатынасы толқын ұзындығына байланысты, оның көрінуіне қарай. Мысалы, инфрақызыл және ультракөк сәулелері көрінбейді және есепке алынбайды. Инфрақызыл сәулеленудің бір ватты (қыздырғыш шамнан шығатын сәулеленудің көп бөлігі осыған жатады) нөл люменге тең. Көрінетін спектрде жарықтың толқын ұзындығы «фотопиялық спектрлік жарық тиімділігі» деп аталатын функцияға сәйкес салмақталады. Бұл функцияға сәйкес, 700 нм қызыл жарық 555 нм жасыл жарықпен салыстырғанда шамамен 0,4% тиімді. Осылайша, 700 нм қызыл жарықтың бір ватты тек 2,7 люменге тең. Осы салмақтаудың нәтижесінде «люмен» бірлігі түссіз: люмен қандай түспен көрінетінін анықтау мүмкін емес. Бұл азық-түлік тауарларын пакет саны бойынша бағалауға ұқсас: нақты мазмұны туралы ақпарат жоқ, тек жалпы салмақталған мөлшерді білдіретін сан.
Watts are units of radiant flux while lumens are units of luminous flux. A comparison of the watt and the lumen illustrates the distinction between radiometric and photometric units. The watt is a unit of power. We are accustomed to thinking of light bulbs in terms of power in watts. This power is not a measure of the amount of light output, but rather indicates how much energy the bulb will use. Because incandescent bulbs sold for "general service" all have fairly similar characteristics (same spectral power distribution), power consumption provides a rough guide to the light output of incandescent bulbs. Watts can also be a direct measure of output. In a radiometric sense, an incandescent light bulb is about 80% efficient: 20% of the energy is lost (e. g. by conduction through the lamp base). The remainder is emitted as radiation, mostly in the infrared. Thus, a 60 watt light bulb emits a total radiant flux of about 45 watts. Incandescent bulbs are, in fact, sometimes used as heat sources (as in a chick incubator), but usually they are used for the purpose of providing light. As such, they are very inefficient, because most of the radiant energy they emit is invisible infrared. A compact fluorescent lamp can provide light comparable to a 60 watt incandescent while consuming as little as 15 watts of electricity. The lumen is the photometric unit of light output. Although most consumers still think of light in terms of power consumed by the bulb, in the U. S. it has been a trade requirement for several decades that light bulb packaging give the output in lumens. The package of a 60 watt incandescent bulb indicates that it provides about 900 lumens, as does the package of the 15 watt compact fluorescent. The lumen is defined as amount of light given into one steradian by a point source of one candela strength; while the candela, a base SI unit, is defined as the luminous intensity of a source of monochromatic radiation, of frequency 540 terahertz, and a radiant intensity of 1/683 watts per steradian. (540 THz corresponds to about 555 nanometres, the wavelength, in the green, to which the human eye is most sensitive. The number 1/683 was chosen to make the candela about equal to the standard candle, the unit which it superseded). Combining these definitions, we see that 1/683 watt of 555 nanometre green light provides one lumen. The relation between watts and lumens is not just a simple scaling factor. We know this already, because the 60 watt incandescent bulb and the 15 watt compact fluorescent can both provide 900 lumens. The definition tells us that 1 watt of pure green 555 nm light is "worth" 683 lumens. It does not say anything about other wavelengths. Because lumens are photometric units, their relationship to watts depends on the wavelength according to how visible the wavelength is. Infrared and ultraviolet radiation, for example, are invisible and do not count. One watt of infrared radiation (which is where most of the radiation from an incandescent bulb falls) is worth zero lumens. Within the visible spectrum, wavelengths of light are weighted according to a function called the "photopic spectral luminous efficiency." According to this function, 700 nm red light is only about 0.4% as efficient as 555 nm green light. Thus, one watt of 700 nm red light is "worth" only 2.7 lumens. Because of the summation over the visual portion of the EM spectrum that is part of this weighting, the unit of "lumen" is color blind: there is no way to tell what color a lumen will appear. This is equivalent to evaluating groceries by number of bags: there is no information about the specific content, just a number that refers to the total weighted quantity.
Фотометриялық өлшеу әдістері
Фотометриялық өлшеулер фотодетекторларға негізделеді, бұл жарыққа түскен кезде электр сигналын тудыратын құрылғылар (әр түрлі типтері бар). Бұл технологияның қарапайым қолданыстарына қоршаған ортаның жарық деңгейіне байланысты шамдарды қосу және өшіру, сондай-ақ белгілі бір нүктеге түсетін жарықтың жалпы мөлшерін өлшеуге арналған жарық өлшегіштер жатады. Жарықтандыру өнеркәсібінде фотометриялық өлшеулердің күрделі формалары жиі қолданылады. Сфералық фотометрлер шамдардың бағытталған жарық ағынын өлшеу үшін пайдаланылады және олардың құрамында шам орталыққа орнатылған үлкен диаметрлі шар болады. Фотоэлемент шамнан барлық жақтан келетін жарықты өлшей отырып, үш ось бойынша айналады. Шамдар мен жарықтандыру құралдары гониофотометрлер мен айналмалы айна фотометрлерімен сыналады, бұл құрылғылар фотоэлементті жеткілікті қашықтықта тұрақтандырады, сонда шам нүктелік көз ретінде қарастырылады. Айналмалы айна фотометрлері шамнан шығатын жарықты барлық бағытта алысқа орналасқан фотоэлементке бағыттау үшін айналардың моторланған жүйесін пайдаланады, ал гониофотометрлер фотоэлементке қатысты шамның бағытын өзгерту үшін айналатын 2 осьті платформаны қолданады. Екі жағдайда да, жарық интенсивтілігі осы деректерден тізімделеді және жарықтандыруды жобалауда қолданылады.
Photometric measurement is based on photodetectors, devices (of several types) that produce an electric signal when exposed to light. Simple applications of this technology include switching luminaires on and off based on ambient light conditions, and light meters, used to measure the total amount of light incident on a point. More complex forms of photometric measurement are used frequently within the lighting industry. Spherical photometers can be used to measure the directional luminous flux produced by lamps, and consist of a large diameter globe with a lamp mounted at its center. A photocell rotates about the lamp in three axes, measuring the output of the lamp from all sides. Lamps and lighting fixtures are tested using goniophotometers and rotating mirror photometers, which keep the photocell stationary at a sufficient distance that the luminaire can be considered a point source. Rotating mirror photometers use a motorized system of mirrors to reflect light emanating from the luminaire in all directions to the distant photocell; goniophotometers use a rotating 2 axis table to change the orientation of the luminaire with respect to the photocell. In either case, luminous intensity is tabulated from this data and used in lighting design.