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Chapitre 2

Chapitre 2. Photométrie & Radiométrie. Définitions. La radiométrie a pour objet la mesure de l’énergie transportée par le rayonnement La photométrie a pour objet de mesurer la lumière, c’est-à-dire les rayonnements capables d’impressionner l’œil humain.

Mercy
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  1. Chapitre 2 Photométrie & Radiométrie

  2. Définitions • La radiométrie a pour objet la mesure de l’énergie transportée par le • rayonnement • La photométrie a pour objet de mesurer la lumière, c’est-à-dire • les rayonnements capables d’impressionner l’œil humain La photométrie est rattachée à la radiométrie

  3. Les grandeurs &unités fondamentales • Puissance Radiométrie Puissance Rayonnée (W) (lm) Flux Radiatif • Puissance par unité d’angle solide • Puissance par unité de surface Intensité Energétique (W/sr) Irradiance (W/m2) (cd = lm/sr) Intensité Lumineuse (lx = lm/m2) Eclairement/Excitance vers surface vers source • Puissance par unité d’angle solide et de surface - (W/m2sr) (nit = lm/m2sr = cd/m2) Luminance Photométrie

  4. Un exemple parlant:Le flux énergétique & lumineux Equivalent 400nm 800nm Puissance émise (W) Flux lumineux (lm) Filtre V()≠0 400nm<<800nm Flux Débit

  5. ApplicationCalculer le flux lumineux d’un pointeur laser Cas 1 Cas 2 Puissance émise 5 mW Longueur d’onde 680 nm Puissance émise P=5 mW Longueur d’onde 630 nm V680=0,017 F680 =  P V680 = 0,058 lm a= -0,0103 b= 6,767 Donc V630= 0,278 F630 =  P V630 = 0,95 lm On vous donne V() photopique Faire une interpolation linéaire

  6. Source lumineuse ponctuelle S  R O Intensité lumineuse (I) Unité : le candela (cd) 1 cd = 1 lm/sr L'angle solide (sr)

  7. Définitions &Quelques ordres de grandeur Le candela (ex unité fondamentale du SI) Intensité lumineuse d’une source mono- chromatique (540x1012 Hz) dans une direction et dont l’intensité énergétique, dans la même direction, est 1/683 lm/sr Quelques valeurs typiques d’intensité

  8. O x  dS A Eclairement (E) Unité : lx ou lux 1 lx = 1 lm/m2 Relation E - I

  9. Eclairement Cylindrique O R r   A dl  dS P

  10. Emittance ou excitance (M) • L’émittance est la densité de lumière qui quitte une surface • L’émittance n’est pas une quantité directionnelle • L’émittance d’une source en un point O est le rapport • dF étant le flux lumineux émis dans toutes les directions par l’élément de surface d entourant O Unité: lm/m2 L’émittance d’une surface qui n’est ni lumineuse par elle-même ni luminescente est, au plus, égale à son éclairement Elément de Source lumineuse

  11. d Surface apparente Luminance (L) Unité: nit 1 nit = 1 cd/m2 = lm/sr m2 Elément de Source lumineuse Surface Luminance L (antérieurement appelée éclat, puis brillance), dans une direction , d’un élément de source de faible surface entourant un point O dI étant l’intensité de l’élément dans la direction , d sa surface et  l’angle formé par  et la normale OK à l’élément

  12. Étendue géométrique Quelques relations importantes

  13. 20 mm x 1 mm 3cm 2,5cm Surface apparente  Surface apparente  Application Calculer la luminance dans les deux cas suivants (lampes 100W): Hypothèse : rayonnement perpendiculaire à la surface du tube I = cte = 150 cd Cas 1 Cas 2 I I

  14. Les grandeurs et les unitésSynthèse

  15. Conversions 1 W/sr 4π W = 12.566 W (isotopique) 683 cd (555 nm) 1 lm/m2sr = 1 cd/m2 = 1 nit = 10-4 lm/cm2sr = 10-4 cd/cm2 = 10-4 stilb (sb) = 9.290 x 10-2 cd/ft2 = 9.290 x 10-2 lm/ft2.sr =  apostilbs (asb) = π Blondel =  x 10-4 lamberts (L) = 2.919 x 10-1 foot-lamberts (fL) • 1 lm/sr • 1 cd • 4π lm (isotopique) • 1,464 x 10-3 W/sr (555 nm)

  16. o x Lois de baseLoi de l'inverse du carré de la distance Conséquence L'éclairement diminue en s'éloignant de la source

  17. B (S) C’’ 1 B’ F A C’ 2 (S) B’’ C Lois de baseLoi de Lambert Lambert a développé toute la photométrie en admettant la relation : Mais ceci est vrai si la luminance d’une surface diffusante est constante… Observation:

  18. L1 = (1/π) cd/sr.m2 M = 1 cd/m2 P1 P2 L I0 O L2 = (1/π) cd/sr.m2 I Surface diffusante P Lois de baseUne relation importante Pour une surface diffusante et infinie

  19. Deux cas extrêmes La loi de l’inverse du carré de la distance n’est valable que pour une source ponctuelle Une source diffusante infinie induit une luminance constante

  20. Source Ponctuelle d Ia  h  O P Plan utile Lois de baseLoi du cube du cosinus Généralisation Pour une source uniforme et non-ponctuelle

  21. Réflexion - Transmission Cas idéal Cas réel Pin Pr Pin Pr Coef. de réflexion  Pth Coef. de transmission  Pt Pt Pin = Pr + Pt  +  = 1 Pin = Pr + Pt + Pth  +  +  = 1 La température augmente

  22. b P' Surface parfaitement lisse a O' P O Réflexion SpéculaireLoi de Descartes La vitesse de la lumière est constante La lumière se déplace sur le chemin le plus court entre deux points dans l'espace (ligne droite) || OP || = || OP' || a = b (angle de départ = angle d'arrivée) Les points POO' définissent un plan perpendiculaire à la surface de réflexion

  23. Faisceau incident Etat microscopique de la surface  Surface réelle Réflexions O Réflexion Diffuse Pas de direction ni plan privilégiés

  24. S (LS) S LS’ S’ (LS’) Les deux extrêmes spéculaire diffuse

  25. Coefficients de réflexion Réflexion diffuse : d Réflexion spéculaire: s Réflexion totale : tot =s+ d Dans tous les cas tot ≤ 1 et tot +  +  = 1 Relations Surface parfaitement diffusante Surface parfaitement réfléchissante

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