La radiométrie optique, est la discipline concernant la caractérisation théorique et expérimentale des rayonnements optiques. Elle a pour objets les grandeurs qui définissent ces rayonnements, les lois qui en régissent l'émission, la propagation et la détection, de même que les moyens de mesures correspondants.
- Pour l'ultratviolet (U.V) : `100" nm < " lambda_(UV) " < "800" nm" `
- Pour le visible : `400" nm < "lambda_(UV)" < "800" nm" `
- pour l'infra-rouge (I.R) : `0,8" µm < "lambda_(IR)" < " 1000 " µm" `
1. Les grandeurs énergétiques, visuelles et photoniques
1.1. Les grandeurs énérgétiques (grandeurs radiométriques)
Ces grandeurs mesurent l’énergie lumineuse sans tenir compte de la perception humaine.| Grandeur | Symbole | Unité | Définition |
|---|---|---|---|
| Flux énergétique | Fe ou Φe | watt (W) | Énergie transmise par unité de temps |
| Intensité énergétique | Ie | watt par stéradian (W·sr-1) | Flux rayonné par unité d’angle solide |
| Éclairement énergétique | Ee | Watt par mètre carré (W·m-2) | Flux reçu par unité de surface |
| Luminance énergétique | Le | W·m-2·sr-1 | Flux émis dans une direction par unité de surface |
1.2. Les grandeurs visuelles (grandeurs photométriques)
Elles tiennent compte de la sensibilité de l'œil humain (efficacité lumineuse spectrale) , qui varie avec la longueur d’onde.| Grandeur | Symbole | Unité | Définition |
|---|---|---|---|
| Flux lumineux | Φv ou F | lumen (lm) | Flux perçu par l’œil, pondéré par la sensibilité visuelle |
| Intensité lumineuse | Iv | candela ( 1 cd = 1 lm·m-2 | Flux visible par unité d’angle solide |
| Éclairement lumineux | Ev | lux (1 lx = 1 lm·m-2) | Flux visible reçu par unité de surface |
| Luminance lumineuse | Lv | (cd·m-2 ou lm·m-2·sr-1) | Intensité lumineuse par unité de surface apparente |
1.3. Les grandeurs photoniques ou quantiques
Elles s'appuient sur la nature quantique de la lumière en comptant les photons.| Grandeur | Symbole | Unité | Définition |
|---|---|---|---|
| Nombre de photons | N | sans unité | Nombre total de photons |
| Flux de photons | Φp | photons/s | Nombre de photons par seconde |
| Densité de photons | photons/m² | Nombre de photons reçus par unité de surface | |
| Énergie d’un photon | E = hν = hc/λ | joule (J) | Énergie portée par un photon, liée à sa fréquence |
Module 2 - Photométrie / Radiométrie Photométrie
Apprentissage 0x
Réussite 0/0
Question focus (Restez dans le cadre !)
Associer les grandeurs photométriques à leur unité SI
Eclairement : `E`
Intensité lumineuse : `I`
Flux lumineux : `F`
Former les bons couples par glisser-déposer ou clics successifs.
Valider les trois questions ci-dessus pour voir la suite.
Flux (énérgétique, lumineux et photonique)
Une source lumineuse rayonne un flux énergétique `phi` c'est à dire un débit d'énergie ou encore une puissance en Watt `[W]` ainsi, le flux (ou puissance rayonnée) est la quantité d’énergie transportée par un rayonnement par unité de temps. Autrement dit c’est l’énergie reçue ou émise chaque seconde.
Le flux photonique `Phi_p` est le nombre `N` de photons reçus ou émis chaque seconde.
`Phi_p=(dN)/(dt)` s'exprime en `[s^-1]`
Pour une radiation monochromatique, l'énergie transportée par chaque photon est égale à `E=h*nu=(hc)/(lambda)`
L’énergie transportée par `N` photons est donc égale à `N*hnu` ainsi on a `Phi=(dE)/(dt)=(d(N*hnu))/(dt)=(dN)/(dt)hnu`
Ainsi, pour un rayonnement monochromatique, Le flux énergétique est égal au flux photonique multiplié par l’énergie d’un photon : `Phi=Phi_p*hnu`
L’énergie transportée par `N` photons est donc égale à `N*hnu` ainsi on a `Phi=(dE)/(dt)=(d(N*hnu))/(dt)=(dN)/(dt)hnu`
Module 2 - Photométrie / Radiométrie Photométrie
Apprentissage 0x
Réussite 0/0
Une source de lumière émet un faisceau conique. Un capteur plan intercepte ce faisceau de trois manières différentes.
Le flux énergétique total rayonné par la source est noté `phi`, les flux énergétiques reçus dans les 3 situations sont notés `phi_1` , `phi_2` et `phi_3`
Le flux énergétique total rayonné par la source est noté `phi`, les flux énergétiques reçus dans les 3 situations sont notés `phi_1` , `phi_2` et `phi_3`
Cocher la ou les bonnes réponses.
Pour passer des grandeurs radiométriques aux grandeurs photométriques il faut normaliser les grandeurs énergétiques selon la sensibilité optique de l'œil.
On utilise pour celà une courbe normalisée qui caractérise cette sensibilité (efficacité lumineuse spectrale).
Il faut encore distinguer la vision diurne sensible aux couleurs (vision photopique) qui se fait par l'intermédiaire des cônes de la rétine et la vision nocturne (vision scotopique) en niveaux de gris qui se fait par l'intermédiaire des bâtonnets de la rétine.
`F(λ)=K_m*V(lambda)*Phi(lambda)`
- `V(lambda)` est l'efficacité lumineuse spectrale.
- `K_m` est l'efficacité lumineuse maximale
Module 2 - Photométrie / Radiométrie Photométrie
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Le flux lumineux monochromatique en vision nocturne est donné par la relation :
`F(λ)=1700*V(lambda)*Phi(lambda)`
`F(λ)=1700*V(lambda)*Phi(lambda)`
- `Phi(lambda)` est le flux énergétique
- `V(lambda)` est la fonction "efficacité lumineuse spectrale"
Cocher la ou les bonnes réponses.
`I=(dphi)/(dOmega)` s'exprime en en watt par stéradian `[W*sr^-1]`
Dès lors que la source est étendue (lampe, sol, ciel, mur ...) la définition précédente de l'intensité ne peut plus être appliquée ("flux détecté" par la source dans un angle solide). Il faut évaluer la quantité d'énergie lumineuse émise par toutes les petites surfaces qui constituent l'intégralité de la source étendue.
`L=(d^2phi)/(dS.dOmega*cos alpha)` s'exprime en watt par stéradian par mètre carré `[W*sr^-1*m^-2]`
De plus, lorsque l’on s'éloigne de la source, celle-ci paraît moins « forte ». En effet en s'éloignant la, lumière va se répartir sur des surfaces de plus en plus grandes. (Loi de Bouger).
L'éclairement correspond à ce flux reçu par unité de surface.
`E=(dphi)/(dS)` s'exprime en watt par mètre carré `[W*m^-2]`