Поток излучения. Понятие о спектре электромагнитных излучений. Принцип измерений распределения потока по спектру. Энергетические величины.

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Поток(мощность) излучения(Ф) явл. основной величиной в энергетической сис-ме измерений. За мощность (или поток) излучения принимают энергию, переносимую в единицу времени. Величину Ф выражают в ваттах(Вт).

Диапазон волн электромаг. колебаний, сущ. в природе, достаточно широк и простирается от долей ангстрема до километра.

Спектр электромагнитных излучений, мкм

Гамма лучи _____________________________________ менее 0, 0001

Рентгеновские лучи_______________________________ 0, 01-0, 0001

Ультрафиолетовые лучи____________________________ 0, 38-0, 01

Видимый свет_____________________________________ 0, 78-0, 38

Инфракрасные лучи ________________________________1000-0, 78

Радиоволны________________________________________ более 1000

К оптической области спектра относится лишь часть электромагнитного излучения с интервалом длин волн от λ min= 0, 01 мкм до λ max=1000мкм.Такое излучение создается в результате электромагнитного возбуждения атомов, колебательного и вращательного движения молекул.

В оптической спектра можно выделить три основные области: ультраф., видимую, инфракрасную.

Ультрафиолетовое излучение дает самые мощные фотоны и обладает сильным фотохимическим действием.

Излучение видимого света, несмотря на довольно узкий интервал, позволяют видеть все многообразие окружающего нас мира. Так так человеческий глаз практически не воспринимает излучения с крайними диапазонами длин волн(они оказывают на глаз слабое воздействие), на практике видимым светом принято считать излучение с диапазоном длин волн 400-700 нм. Это излучение обладает значительным фотофизическим и фотохимическим действием, но меньше, чем ультрафиолетовое.

Минимальной энергией из всей оптической области спектра обладают фотоны инфракрасного излучения. Для этого излучения хар-но тепловое действие и, в значительно меньшей степени, фотофизическое и фотохимич. действие.

2.Понятие о приемнике излучения. Реакции приемника. Классификация преемников излучения. Линейные и нелинейные приемники. Спектральная чувствительность приемника излучения.

тела, в которых происходят такие преобразования под действием оптического излучения, получили в светотехнике общее название «приемники излучения»

Условно приемники излучения делятся на:

1.Естественнымприемником излучения является человеческий глаз.

2.Светочувствительныематериалы, служащие для оптической записи изображений.

3.Приемниками являются также светочувствительные элементы измерительных приборов (денситометров, колориметров)

Оптическое излучение обладает высокой энергией и поэтому воздействует на многие вещества и физические тела.

В результате поглощения света в средах и телах возникает целый ряд явлений (рис 2.1, сир 48)

-тело поглотившее излучение, само начинает излучать. При этом вторичное излучение может иметь другой спектральный диапазон, по сравнению с поглощенным. Н-р, при освещении ультрафиолетовым светом тело испускает видимый свет.

-энергия поглощенного излучения переходит в электрическую энергию, как в случает фотоэффекта, или производит изменение электрических свойств материала, что происходит в фотопроводниках. Такие превращения наз. фотофизическими.

-другой тип фотофизического превращения- переход энергии излучения в тепловую энергию. Это явление нашло применение в термоэлементах, используемых для измерения мощности излучения.

-энергия излучения переходит в химическую энергию. Проходит фотохимическое превращение поглотившего свет вещества. Такое преобразование происходит в большинстве светочувствительных материалов.

Тела, в которых происходят такие преобразования под действием оптического излучения, получили в светотехнике общее наз. «приемники излучения»

Линейные нелинейные приемники??????????????????

Спектральная чувствительность приемника излучения.

Под действием оптического излучения в приемнике происходит фотохимическое и фотофизическое превращение, заданным образом изменяющее свойства приемника.

Это изменение называют полезной реакцией приемника.

Однако не вся энергия упавшего излучения расходуется на полезную реакцию.

Часть энергии приемников не поглощается и поэтому реакции вызвать не может. Поглощенная энергия также не полностью преобразуется полезно. Н-р, помимо фотохимического превращения может происходить нагревание приемника. Практически используемая часть энергии наз. полезной, а практически используемая часть мощности излучения (потока излучения Ф)- эффективным потоком Рэф.

Отношение эффективного потока Рэф к упавшему на приемник потоку излучения

Наз. светочувствительностью приемника.

S=Pэф/Ф

У большинства приемников спектральная чувствительности зависит от длины волны.

Sλ = сРλ эф/Фλ и Рλ эф=КФλ Sλ

Величины называют Фλ и Рλ соответственно монохроматическим потоком излучения и монохроматическим эффективным потоком, а Sλ - монохроматической спектральной чувствительностью.

Зная распределение мощности по спектру Ф(λ ) для излучения, падающего на приемник, и спектральную чувствительность приемника S(λ ), можно рассчитать эффективный поток по формуле – Рэф=К ∫ Ф(λ )S(λ )dλ

Измерение относится к диапазону ∆ λ , ограниченному либо спектральной чувствительностью приемника, либо спектральным диапазоном измерения.

Цветовая температура. Кривые светимости абсолютного черного тела при разных температурах. Понятие нормированной кривой. Определение термина «цветовая температура». Направление изменение цветности излучения с изменением цветовой температуры.

Цветовая температура означает температуру в кельвинах абсолютно черного тела, при котором излучение имеет ту же цветность, что и рассматриваемое. Для ламп накаливания с вольфрамовой нитью спектральное распределение излучения пропорционально спектральному распределению излучения абсолютно черного тела в диапазоне длин волн 360-1000 нм. Для расчета спектрального состава излучения абсолютно черного тела при заданной абсолютной температуре его нагрева, можно воспользоваться формулой Планка:

э -5 с 2 / λ t

Rλ =С1 λ ( е -1)

Где Rλ -спектральная энергетическая светимость, С1 и С2 – константы, е-основание натуральных логарифмов, T-абсолютная температура, К

Экспериментально цветовую температуру определяют по величине сине-красного отношения актиничностей. Актиничность-освещенность, эффективная по отношению к фотоприемнику:

Аλ = Фλ Sλ / Q = Eλ Sλ

Где Ф- лучистый поток, Sλ – чувствительность фотоприемника, Qλ -его площадь

Если в качестве фотоприемника использован люксметр, то актиничностью явл освещенность, определенная при экранировании фотоэлемента синим и красным светофильтрами.

Технически измерение производится следующим образом.

Фотоэлемент люксметра попеременно экранируется специально подобранными синим и красным светофильтрами. Светофильтры должны быть зональными и иметь одинаковую кратность в зоне пропускания. По гальванометру люксметра определяют освещенность от измеряемого источника за каждый из светофильтров. Рассчитывают сине-красное отношение по формуле

с/к

К = Ас / Ак = Ес / Ек

ГРАФИК стр 6 лаб раб

Зная цветовую температуру можно рассчитать спектральную светимость источника излучения, а затем спектральную освещенность Еλ или мощность энергетического потока

Фλ. Для этого по формуле Планка рассчитывают значения спектральной энергетической светимости. Далее проводят нормирование полученной функции. Нормирование заключается в пропорциональном уменьшении или увеличении всех значений таким

образом, чтобы функция проходила через точку с координатами λ = 560нм, lg R560 =2, 0

или λ = 560 нм, R560 отн = 100 При этом считается, что каждое значение относится к спектральному интервалу ∆ λ, соответствующему шагу расчета.

-2

∆ λ =10 нм, светимость 100 Вт*м соответствуют длине волны 560 нм в интервале длин волн 555-565 нм.

Рис 1.2 Стр 7 лаб раб

э э э

По функции спектральной зависимости Rλ = f λ можно найти функции E λ = Фλ = f λ Для этого необходимо воспользоваться формулами

Е= Ф/Q

R= Ф/Q

E- освещенность, R-светимость, Ф- энергетический поток, Q- площадь

Источник света. Их спектральная характеристика. Классификация источников света по типу излучения. Формула Планка и Вина.

Закон Бугера-Ламберта-Беера. Величины, связываемые законом. Аддитивность оптических плотностей, как основной вывод из закона Бугера-Ламберта-Беера. Индикатрисы светорассеяния, мутность сред. Типы светорассеяния.

F₀/F_t=10^kl^,, k-показатель поглощения. Беер установил что показатель поглощения зависит также от концентрации светопоглощаемого в-ва с, к=Хс, х- молярный показатель поглощения, выражающийся числом обратным толщине слоя, ослабляющего свет в 10 раз при концентрации светопоглощающего в-ва в нем 1 моль/л.

Окончательно уравнение выражающее закон Бугера- ламберта- беера, выглядит сл образом: Ф0/Фт=10в степени Хс1

Световой поток пропущенный слоем связан с упавшим потоком экспоненциально через молярный показатель поглощения, толщину слоя и концентрацию светопоглощающего в-ва. Из рассмотренного закона вытекает физический смысл понятия оптической плотности. Проинтегрировав выражение Ф0/Фт=10в степени Хс1

Получим Д=Х*с*л, те. Оптическая плотность среды зависит от ее природы, пропорциональна ее толщине и концентрации светопоглощающего в-ва. Так как закон бугера- ламберта- беера характеризует долю поглощенного света через долю света прошедшего то он не учитывает отраженный и рассеянный свет. Кроме того полученное соотношение выражающее закон бугера- ламберта- беера справедливо только для гомогенных сред и не учитывает потери отражения света от поверхности тел. Отклонение от закона приводит к неаддитивности оптических сред.

Сенситомерический бланк.

Для построения характеристической кривой служит сенситометрический бланк. Бланк используетсяв паре с оптическим мадулятором, точнее привязан к константе клина сенситометра, равной 0, 15. на бланке есть 2 главные оси: слева D и снизу lgH- это координатные оси для построения характеристической кривой. Ось Д и ось lgH разбиты на большие деления через 0, 5 и 1, 0 логарифмических единиц и оцифрованы. Затем на малые деления через 0, 1 и самые маленькие деления точностью 0, 002.

Вправо от основной оси нанесены дополнительные оси без оцифровки но с делениями, нанесенными через одну ось. Расстояния между дополнительными осями равно 0, 15 lgH. Каждая вторая ось проходит через через деления кратные 0, 3 на оси lgH. Таким образом они соответствуют изменению экспозиции в 2 раза а соседние оси в 1, 41 раза. Самая последняя ось предназначена для определения коэффицента кратности. Для того чтобы это можно было осуществить графически и просто, на оси lgH есть 2 точки: одна отстоит влево от последней на оси 0, 5 lgH а вторая – на 1, 01 lgH. Для определения у< =4, 0 пользуются точкой отстоящей на единицу. Для у> =4 и до 8 – второй точкой но при этом все значения умножаются на 2. если прилежащий катет равен 1, то противолежащий измеренный в тех же единицах или их долях, численно равен тангенсу прилежащего угла, т.е. дельта Д/дельта lgH=(Дмакс-0)/1. Берем угольник линейку и переносим прямолинейны участок в точку К, точка пересечения последнего с осью у и дает численную величину коэффицента контрасности. Ось lgH оцифрована. В верхней части бланка есть ось Н, которая пересекается сов семи осями Д и оцифрована в местах пересечения. Эти числа обычно стандартные и отличаются друг от друга в 2 раза.

Ниже оси lgH нанесена и оцифровна ость С. Спара обычно написана формула по которой вычислены эти величины.

Общие сведения о проявлении. Состав проявителя и общие сведения о назначении его компонентов. Схема процесса. Составные части проявителя. Консервирующие вещества и их роль. Противовуалирующие вещества.

Под проявление понимают избирательный процесс восстановления экспонированных микрокристаллов галогенида серебра в эмульсионном слое фотоматериала, приводящий к превращению скрытого изображения в видимое..реация процесса: nAgHal+mHRed< -> nAg0+mOx+nHal-+nH+

Где Hal-Cl, Br, I; HRed-проявляющее в-во, Ох- окисленная форма проявляющего в-ва. Проявление представляет собой окислительно воствновительный процесс.

Проявит представл собой водные р-ры, сост из: проявл вещ-ва, ускоряющ вещ-ва, консервирующие противовуалирующ

Проявляющ – вода+проявл орг вещ с бензольним кольцом орта пара положении OH CH3

Рн 8-12

Вода – универсальный растворитель

Ag+Redֿ → Oxֿ → Agْ ← Реакц пытаются задавить KBr – задержив реакц при обрат исп опаласк в кислой ванне Рн 4-7

Для ускорения процесс проявл исп щелочи (NaOH). Гидрохинон Рн снижает

Буферн вещ-во что бы поддержи проявл Рн борная кис-та

Противуалирующ KBr, бензотриазол недопускает образ вуали.

Сохран – Na2SO3 сульфид, прояв чернеет ← SO4 сульфад востанавл проявитель.

Кинетика проявления. Определения термина. Кривые кинетики и их построение. Влияние состава проявителя и режимов проявления на кинетику.

Кинетика проявления.

Если сообщить участку фотоматериала какую-либо экспозицию (Н1) и поместить материал в проявитель, то экспонированный участок начнет постепенно темнеть, пока не достигнет максимальной для этих условий оптической плотности. Скорость увеличения плотности и достигаемая плотность зависят от полученных участками количеств освещения – экспозиций Нi. Графически зависимости оптической плотности от времени проявления DH=const (τ пр)показывают кинетику проявления участков, получивших заданную экспозицию. Такие кривые приведены на рисунке. Проявляется материал, которому сообщены экспозиции Н1 и Н2, причем Н2 > Н1. Из рисунка видно, что кривые DH=const (τ пр) имеют нелинейный характер.

Рисунок

Кривые кинетики проявления.

Начнем проявлять сенситограмму – копию шкалы-клина.(рис 1) Для фиксированных времен проявления построим характеристические кривые D(lgH). Совокупность таких кривых называют семейством характеристических кривых (рис2).Обычно его строят, увеличивая время проявления в одинаковое число раз, н-р, 0, 5; 1; 2; 4; 8; 16 мин. Зависимость скорости проявления от экспозиции приводит к росту коэффициента контрастности фотоматериала в процессе проявления, вплоть до достижения участками, получившими большую экспозицию, высоких оптических плотностей. Их проявление замедляется, а малоэкспонированные участки продолжают проявляются. Коэффициент контрастности начинает уменьшаться. Таким образом, при длительном проявлении коэффициент контрастности проходит через максимум. Непрерывно изменяется светочувствительность и возрастает плотность вуали. Графики изменения сенситометрических параметров фотографического материала от времени проявления в фотографической сенситометрии называют кривыми кинетики проявления. Типичные кривые кинетики (график зависимости светочувствительности S, коэффициента контрастности γ и плотности вуали Dmin от времени проявления τ пр ) приведены на рис 3 Dо= Dmin – Dосн (на денситометре можно измерить только Dmin, представляющую сумму плотностей основы и вуали).

рисунок

Чтобы материал имел заданные характеристики, необходимые не только определенные проявитель и условия проявления, но и определенное время проявления.

Влияние режимов проявления.

Процесс проявления вуали и мало экспонированных участков имеет химическую кинетику. Его ускоряет все, что повышает скорость химической реакции. Один из самых эффективных способов ускорения реакции – повышение температуры проявителя. Изменение интенсивности перемешивания, т.е. скорости доставки в эмульсионный слой проявителя, мало влияет на проявление вуали и участков малой оптической плотности. А с участками получившими большую экспозицию процесс проявления имеет диффузионную кинетику. Дело в том, что реакция проявления происходит за счет проявляющего вещества, содержащегося внутри набухшего эмульсионного слоя. Возрастание скорости реакции с повышением температуры, конечно, происходит, но в большей степени на процесс влияет перемешивание, интенсифицирующее доставку активных веществ к границе растров – эмульсионный слой диффузию веществ в слое.

При повышении температуры проявителя кривые кинетики γ (τ пр) и qср (τ пр) проходят через максимум при меньших временах проявления. При повышении интенсивности перемешивания скорость проявления и контраст изображения возрастают. Повышается градиент кривой в верхнем криволинейном участке и увеличивается равномерность проявления сплошных участков. Эти изменения происходят вплоть до определенной скорости перемешивания, после чего его дальнейшая интенсификация на проявлении сказываются.

Разрешающая способность. Действие факторов, ухудшающих передачу мелких деталей. Определение термина «Разрешающая способность». Факторы, влияющие на ее величину. Методы получения резольвометрической кривой. Связь резольвометрической кривой с характеристикой.

У каждого фотоматериала существует ограничение по воспроизведению близко расположенных деталей и мелких деталей изображения. Способность фотоматериала к воспроизведению мелких деталей, а так же к раздельному воспроизведению деталей с малыми промежутками между ними характеризуется его разрешающей способностью-R.

Для определения разрешающей способности используют специальный тест-объект, наз Мирой. Мира состоит из набора групп светлых штрихов, разделенных темными промежутками той же ширины. Ширина штрихов b определяет частоту группы ν, равную количеству линий в миллиметре. За линию принимают штрих плюс примыкающий к нему

-1

просвет: l=bштр +bпросв = 2b.Частота штрихов ν = 1/l [мм ] изменяется от группе к группе. Используют так же миры, содержащие группы темных штрихов на светлом фоне.

' По профилю оптической плотности штрихов миры делятся на прямоугольные и синусоидальные. Первые используют для определения разрешающей способности, вторые — для получения функций передачи модуляции.

В отечественной практике довольно широко используется мира Ащеулова (рис. 3.26 стр.153). Она содержит 30 групп штрихов (темных или светлых), разделенных промежутками такой же ширины. От группы к группе ширина штрихов уменьшается на 10%. Группы расположены по спирали таким образом, ^ что частота штрихов (и номер группы) возрастают к центру миры. Так как центр миры в резольвометре помещают на оптической оси объектива, мелкие штрихи попадают в зону наивысшей разрешающей способности объектива. Отношение частот соседних групп называют модулем миры. Он равен 1, 1. Мира имеет прямоугольный профиль оптической плотности и абсолютный контраст, т.е. разность яркостей светлых и темных штрихов миры приблизительно равна яркости светлых штрихов.

За разрешающую способность фотоматериала принимают предельно разрешаемую им частоту миры. Измерения проводят, переходя от малых частот к большим. На изображении миры, увеличенном с помощью микроскопа, находят предельно разрешенную группу миры, где штрихи еще можно сосчитать. При этом подразумевается, что предыдущая группа также разрешена, а последующая — нет. Выражают разрешающую способность в мм^-1. Так как разрешающая способность глаза много меньше, чем у фотоматериала, изображение миры рассматривают в микроскоп при увеличении 60-90*.

Для измерения разрешающей способности фотоматериала используют резольвометр, например отечественную модель РП-2мДде производится прецизионное проекционное копирование миры на фотоматериал с уменьшением 32^х или 60^х. Резольвометр имеет два сменных объектива: ОС-16 (32-кратное уменьшение) и ОС-8 (60-кратное уменьшение). В комплект прибора входят две миры Ащеулова с модулем 1, 1 и разным диапазоном частот. Резольвометр позволяет измерять разрешающую способность от 30 до 2000 мм^-1.

Миру копируют на отрезок фотоматериала несколько раз (например, 9 раз), изменяя логарифм экспозиции на 0, 3 логарифмической единицы. Для этой цели служит диск с девятью окнами, одно из них пустое, а в других вставлены светофильтры, различающиеся по оптической плотности на 0, 3±0, 02 Б.

/ Полученную таким образом резольвограмму проявляют в стандартных условиях до рекомендуемого коэффициента контрастности у. Резольвограмму рассматривают в микроскоп. И; на каждом изображении миры находят группу с предельным разрешением штрихов.

Строят график зависимости разрешающей способности, равной предельной разрешаемой частоте миры (Я = У_пред), от логарифма экспозиции Щ^Н], который называетсярезолъвометри-ческой кривой или кривой разрешения. Так как логарифм экспозиции связан с оптической плотностью светофильтра зависимостью = ^Н_о — О_св, где Н_о — экспозиция, полученная без светофильтра, то при построении кривой разрешения рекомендуется вместо логарифмов экспозиции откладывать плотност светофильтров. Кривая разрешения приобретает вид ЩО_св]. Графики Щ^Н) и Я(О_св) имеют одинаковую форму, но зеркальны по отношению друг к другу. По кривой разрешения находят макси- _п _я □ мальную разрешающую способность. Она и представляет разрешающую способность фотоматериала Я = /? _тах. Кроме того, находят резоль-вометрическую широту. Она равна отрезку на оси абсцисс резоль-вометрической кривой (ДО или Д^Н), соответствующему центральной части кривой между точками, в которых Я = 0.8/? (рис. 3.27). Максимальная разрешающая способность приходится на средние экспозиции (прямолинейный участок характеристической кривой фотоматериала