ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Яркость и освещенность оптического изображения. Нормальное увеличение из "Общий курс физики Оптика Т 4 " Энергия, проходящая за время (И через площадку йз в телесный угол йй, представится выражением I йз (Ы (И соз д. При этом время й/, хотя оно и входит в виде дифференциала, должно быть все же велико по сравнению с периодами колебаний волн, входящих в излучение. Иначе значение мощности, например, монохроматического излучения, как энергии, отнесенной к единице времени, при малом интервале й(, в течение которого измеряется энергия, зависело бы от фазы колебаний в момент начала измерения. Независимость имела бы место только тогда, когда время Л случайно содержало бы целое число колебаний. Если же Ш велико по сравнению с периодами колебаний любых волн, входящих в излучение, то измеренная мощность излучения практически не будет зависеть от выбора Ш. [c.145] Чтобы выразить ее через интенсивность Рис. 83. [c.145] Говоря о спектральном распределении, надо указывать, идет ли речь о функции (распределение по частотам) или о функции и , (распределение по длинам волн). Так, в спектре излученияСолнц функция V имеет -максимум в инфракрасной области приблизительно при X = 880 нм, а функция — в желто-зеленой части приблизительно при К = 500 нм. [c.146] интенсивность излучения / в каждой точке пространства можно представить в виде суммы интенсивностей двух излучений, линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Однако для наших целей в этом пока нет необходимости. [c.146] Единица светового потока есть люмен (лм) — световой поток, посылаемый источником в 1 канделу внутрь телесного угла в 1 стерадиан. [c.148] Пользуясь кривой видности среднего человеческого глаза, приведенной на рис. 82, нетрудно найти значения этих величин для любой длины волны видимого спектра излучения. [c.148] Чтобы составить конкретное представление о величине люкса, приведем некоторые цифры. Освещенность от Солнца вне земной атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца 1,35 10 лк. Освещенность в одну-две десятых люкса создает ночью при безоблачном небе полная Луна. Освещенность, создаваемая молодой Луной или Луной на ущербе, порядка нескольких сотых люкса. Безоблачное звездное небо создает ночью освещенность в тысячные доли люкса. Освещенность в десятитысячные доли люкса позволяет с трудом ориентироваться ночью. При освещенности порядка одного люкса можно с трудом читать. Скорость чтения быстро нарастает при увеличении освещенности до 50 лк. При дальнейшем увеличении освещенности до 100—150 лк она растет более медленно, а дальше этого предела возрастание скорости чтения становится малоощутимым. Освещенность 50 лк уже удовлетворительна для чтения и письма. Инструкциями по охране труда установлены определенные нормы минимальной освещенности рабочих помещений. Освещенность рабочей поверхности (стола) ни для каких видов работ не должна быть меньше 10 лк. При очень тонкой работе, связанной с различением мелких деталей, черточек, букв, рисунков (угол зрения меньше 2 ), требуется освещенность не менее 200 лк. В классах и аудиториях на столах учащихся и черных досках освещенность должна быть не менее 75 лк. [c.149] В 113 будет показано, что при температурном излучении поверхность непрозрачного тела излучала бы по закону Ламберта, если бы коэффициент отражения света от этой поверхности для каждой длины волны не зависел от угла падения. Для гладких поверхностей, отражающих зеркально, это условие не выполняется (см. 65). Но для матовых поверхностей, отражающих диффузно, оно может выполняться с той или иной степенью приближения. Для таких поверхностей при температурном излучении приближенно соблюдается закон Ламберта. Он строго справедлив при температурном излучении абсолютно черного тела. Матовые поверхности, например освещенная белая поверхность тела, покрытая окисью магния, или наружная поверхность колпака из хорошего молочного стекла, освещенного изнутри, являются источниками, довольно хорошо подчиняющимися закону Ламберта. Однако к этим случаям вывод закона Ламберта, приводимый в 113, неприменим, так ка в них речь идет не о самосветящихся телах и температурном излучении, а о телах, рассеивающих свет от посторонних источников. [c.150] Единицей яркости является кандела на квадратный метр (кд/м ). Это — яркость плоской поверхности, сила света которой в перпендикулярном направлении составляет одну канделу с каждого квадратного метра. Если при тех же условиях сила света равна одной канделе с каждого квадратного сантиметра, то соответствующая единица называется стильб (сб). Очевидно, 1 сб == = 1 кд/см = 10 кд/м . В табл. 4 приведены значения яркости некоторых светящихся поверхностей. [c.151] Учтем теперь соотношение (23.1), дифференцирование которого дает sn sin os О dO = s n sin О os O dO. [c.155] Ф = 2nB s 5 sin О S О db = nB s sin 0, а освещенность площадки s будет Ф /s, т. е. [c.156] Эта формула показывает, что влияние оптического прибора на освещенность изображения сводится к изменению угла между крайними лучами, исходящими из противоположных точек предмета. Например, действие лупы как зажигательного стекла (в отсутствие потерь света) эквивалентно приближению источника (Солнца) на такое расстояние, чтобы он был виден невооруженным глазом под тем же углом зрения, как и входной зрачок (свободное отверстие) лупы из ее главного фокуса. [c.156] Если изображение получается в главной фокальной плоскости объектива (как в фотоаппарате), то в параксиальном приближении sin 0 = D /(2/ ), где D —диаметр выходного зрачка, а / — заднее фокусное расстояние объектива. Освещенность изображения будет пропорциональна квадрату этого отношения, а с ним и отношения D//, где D—диаметр входного зрачка. Отношение D/f называется относительным отверстием, а его квадрат Dlf f, определяющий освещенность изображения, — светосилой объектива. [c.156] В иммерсионных микроскопах (см. 18, пункт 4) свет от конденсора, помещенного перед объективом, попадает в пространство, заполненное жидкостью (иммерсией)-с показателем преломления п, в которой помещается предмет. Пусть 20о — угол (апертура) между крайними направлениями лучей в конденсоре, которые попадают в микроскоп. Так как сам конденсор находится в воздухе, то по закону преломления sin0o = ttsin0. Световой поток пропорционален sin 0o, т. е. п sin 0) При одной и той же апертуре 20 световой поток, попадающий в объектив, а с ним и освещенность изображения пропорциональны квадрату показателя преломления п. [c.156] Величину п sin 6, следуя Аббе, называют числовой апертурой. Таким образом, применение иммерсии увеличивает освещенность изображения. Так как, однако, окончательное изображение полу-, чается в воздухе, то и при наличии иммерсии его яркость может быть самое большее равна яркости источника света. [c.157] Отдельные элементы сетчатки — колбочки и группы палочек, соединенные с одним и тем же волокном зрительного нерва, — реагируют на световое раздражение независимо друг от друга. Увеличение освещаемой поверхности сетчатки при сохранении неизменной ее освещенности не усиливает интенсивности светового раздражения отдельного элемента, а увеличивает лишь число освещенных элементов. Если отвлечься от трудно поддающихся учету различных физиологических и психологических факторов, с которыми связаны, например, многочисленные обманы зрения,, то следует сказать, что глаз судит о яркости предмета не по общему световому потоку, попадающему в него, а прежде всего по потоку, приходящемуся на единицу площади сетчатки, т. е. по освещенности последней. Поэтому, если исключить все субъективные факторы, то вопрос о зрительной оценке яркости сведется к вопросу об освещенности сетчатки. [c.157] Угол в есть угол, под которым из заднего фокуса глаза виде диаметр его выходного зрачка. В формулу (23.6) совсем не входит расстояние до предмета. При неизменном зрачке глаза освещенность сетчатки Е не зависит от этого расстояния, а определяется только поверхностной яркостью предмета. Вот почему одинаковые фонари, находящиеся на разных расстояниях от нас, кажутся нам одинаково яркими (если, конечно, пренебрежимо малы потери света при распространении его от фонаря до глаза). [c.157] Диаметр d зрачка глаза не остается постоянным, а зависит от яркости. Увеличение, равнозрачковое в дневных условиях, оказывается слишком большим при наблюдении в сумерки и ночью. В последних случаях требуются трубы с большим выходным зрачком, т. е. либо с малым увеличением, либо, что гораздо лучше, с большим объек тивом. [c.158] Освещенность изображения не зависит от увеличения, если оно меньше нормального. Увеличения меньше нормального нецелесообразны, так как при этом используется только центральная.часть объектива периферийные лучи, достаточно удаленные от оптической оси, задерживаются радужной оболочкой и не попадают в зрачок глаза. Нормальное увеличение есть максимальное увеличение, при котором освещенность изображения еще максимальна. При таком увеличении объектив используется полностью. Поэтому окуляры к зрительным трубам подбирают так, чтобы они давали нормальное увеличение. [c.159] В некоторых случаях имеет смысл применять увеличения, превосходящие нормальное в 2—4 раза, несмотря на то, что это связано с значительным уменьшением освещенности изображения (соответственно в 4—16 раз). Дело в том, что разрешаемый предел глаза 30—60 соответствует случаю, когда изображение получается на центральной ямке желтого пятна. На периферии разрешаемый предел больше. Он увеличивается также при длительной работе и усталости глаза. В этих условиях выгоднее пойти на некоторое уменьшение освещенности, чтобы получить большие увеличения и возможность различать более мелкие детали предметов. Однако далеко идти в этом направлении нецелесообразно из-за уменьшения освещенности и поля зрения. [c.159] Вернуться к основной статье