Визначення функції відносної спектральної чутливості очей

 

Чутливість очей до світла залежить від довжини хвилі l і описується функцією спектральної чутливості V _l. Чим більша чутливість ока до світла з деякою довжиною хвилі, тим менша потрібна освітленість для певного рівня інтенсивності зорового сприйняття.

Схема експериментальної установки наведена на рис. 1.

У якості джерела з неперервним спектром випромінювання використовується галогенна лампа типу Н4. На лампу подається живлення 12В. При такому живленні відносна спектральна яскравість лампи В _l наближено описується розподілом Планка

В _l~

при температурі Т =2854К.

Призмовий спектрограф ИСП-51 розкладає випромінювання лампи в спектр. У касетній частині ИСП-51 розташоване матове скло та чорний екран із щілиною в центрі фокальної площини об'єктива спектрографа. Повертаючи відліковий барабан спектрографа можна змінювати довжину хвилі світла, яке спостерігається на матовому склі через вихідну щілину. В табл. 1 наведена залежність між довжиною хвилі та поділками відлікового барабана ИСП-51.

 

Табл.1. Залежність між l та поділками барабана.

 

l, нм		l, нм		l, нм		l, нм
	-0,61		15,65		22,67		26,47
	1,85		16,61		23,15		26,76
	4,05		17,49		23,60		27,03
	6,03		18,31		24,03		27,29
	7,82		19,07		24,43		27,55
	9,45		19,77		24,82		27,79
	10,92		20,43		25,18		28,02
	12,26		21,05		25,53		28,25
	13,49		21,62		25,86		28,46
	14,62		22,16		26,17		28,67

Освітленість Е _l вихідної щілини залежить від довжини хвилі і за незмінної ширини s вхідної щілини визначається добутком спектральної яскравості лампи на обернену лінійну дисперсію спектрографа. Зв'язок між освітленістю вихідної щілини й довжиною хвилі подано в табл.2. Ця залежність ілюструється також за допомогою рис.2.

 

Табл.2. Залежність між l та освітленістю Е _l вихідної щілини (у відносних одиницях)

 

l, нм	Е l	l, нм	Е l	l, нм	Е l	l, нм	Е l
	0,18		3,48		18,56		52,90
	0,27		4,29		21,06		57,45
	0,38		5,23		23,77		62,18
	0,54		6,31		26,69		67,09
	0,74		7,54		29,81		72,18
	1,00		8,93		33,15		77,44
	1,33		10,49		36,69		82,86
	1,72		12,22		40,44		88,43
	2,21		14,14		44,39		94,15
	2,79		16,25		48,55		100,00

 

Освітленість вихідної щілини Е _l залежить і від ширини вхідної щілини. Оскільки у даному випадку джерело світла має неперервний спектр, то Е _l зростає лінійно зі збільшенням s після того як s набуло значень, що перевищують нормальну ширину щілини у декілька разів. Для спектрографа, що використовується, при s ³5 мкм можна користуватися наближенням , де А - постійна величина для вибраної довжини хвилі, а s вимірюється у мікрометрах.

Як монохроматичне джерело, відносно якого здійснюється порівняння інтенсивності зорового сприйняття, в роботі використовується He-Ne-лазер. Променем лазера із зовнішньої сторони освітлюється чорний екран із щілиною на виході спектрографа, через який виходить світло від лампи Н4. Ділянка, яку освітлює лазер повинна знаходитися поруч із щілиною. У структурі променя лазера є два пучка інтенсивність яких знаходиться у співвідношенні k =0,96 / 0,4%=24. Для порівняння зорового сприйняття можна використовувати один або другий пучок залежно від рівня освітленості вихідної щілини спектрографа.

 

Порядок виконання роботи

 

1. Ознайомтеся з оптичною схемою установки.

2. Використовуючи лінзу для фокусування випромінювання лампи добийтеся достатньої для спостереження та рівномірної освітленості вихідної щілини спектрографа. Слідкуйте, аби напруга живлення на лампі постійно становила 12 В.

3. Розкривши вхідну щілину спектрографа до 400 мкм, визначте короткохвильову та довгохвильову межу спектральної області, в якій ви сприймаєте світло.

4. Заведіть промінь He-Ne-лазер на чорний екран, в якому знаходиться вихідна щілина спектрографа, так щоб щілина й освітлена лазером ділянка були поруч.

5. Виставте за допомогою відлікового барабана спектрографа та табл. 1 певну довжину хвилі світла l, що надходить від лампи. Змінюючи ширину щілини, знайдіть таку s, за якої настане однакове зорове подразнення від лазерного випромінювання та лампи. Таку послідовність операцій виконайте для всіх довжин хвиль в інтервалі l = 450¸650 нм із табл. 1. Виміри мають здійснюватися кожним виконавцем роботи, інший при цьому виконує роль асистента і не займаючись спостереженням змінює ширину щілини та довжину хвилі за допомогою відлікового барабана.

(!!! Попередньо підберіть за допомогою нейтральних світлофільтрів освітленість лазерної плями такою, щоб у вас ширина щілини не виходила за межі 8 мкм £ s £ 400 мкм. Зважте на те, що при дослідженні функції спектральної чутливості ока мінімальна ширина щілини буде в зеленій області спектра, а максимальна приблизно на межах досліджуваного інтервалу l = 450¸650 нм!!!)

6. За виміряними s та Е _l з табл. 2 розрахуйте функцію (цей пункт і наступний можна виконувати при підготовці звіту)

та визначить її максимальне значення .

7. Побудуйте графік функції спектральної чутливості V _l вашого ока

.

На цей графік нанесіть табульовану криву видності ока, яка наближено описується формулою

,

куди підставляється в нанометрах. Проаналізуйте в чому полягає відмінність графіків та і поясніть причини неузгодженності.

8. Дослідіть ентоптичний феномен, який полягає в тому, що при однорідному опромінюванні сітківки людини синьо-фіолетовим світлом спостерігаються численні локальні порушення (темні дефекти) поля зору у вигляді рухомих хвилястих малорозмірних ділянок. Для дослідження зніміть касету з виходу спектрографа і наблизившись впритул до площини, в якій була закріплена касета, спостерігайте за полем зору. Інша особа за вашим проханням змінює довжину хвилі за допомогою відлікового барабана та ширину щілини, підтримуючи її такою, щоб яскравість світла була для вас комфортною. Як результат досліджень наведіть у звіті найбільшу довжину хвилі, за якої ви особисто ще спостерігаєте цей феномен. Сформулюйте ваше припущення стосовно природи ентоптичного феномену.