Большая советсткая энциклопедия Светотехника

Светотехника

Светотехника, область науки и техники, предмет которой — исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения, измерения характеристик оптического излучения (света) и преобразования энергии света в др. виды энергии. С. охватывает также вопросы конструкторской и технологические разработки источников света (ИС), осветительных, облучательных и светосигнальных приборов и устройств, систем управления ИС, вопросы нормирования, проектирования, устройства и эксплуатации светотехнических установок. Кроме того, С. связана с изучением воздействия естественного и искусственного света на вещество и живые организмы. Термин "С." в современном широком понимании стал употребляться в научной и технической литературе с 20-х гг. 20 в. До этого содержание понятия "С." ограничивалось лишь вопросами освещения (см. Светильник).

  Становление С. было связано с развитием физической и геометрической оптики, физиологии, учения об электричестве и магнетизме. Большое значение для формирования С. имели работы И. Ньютона, И. Ламберта, М. В. Ломоносова, Т. Юнга, В. В. Петрова, Я. Пуркине, Г. Гельмгольца и др. учёных — физиков, физиологов и электротехников. Фундаментальный вклад в С. был сделан в начале 18 в. П. Бугером, сформулировавшим основы фотометрии (в книге "Оптический трактат о градации света"). Важной вехой в развитии С. явился переход к электрическим ИС. В 1872 А. Н. Лодыгин создал лампу накаливания, которая в дальнейшем была усовершенствована Т. Эдисоном. В 1876 П. Н. Яблочков изобрёл дуговую угольную лампу (без регулятора расстояния между электродами) — т. н. свечу Яблочкова. Последующий прогресс в С. связан с разработкой люминесцентных ламп, газоразрядных ламп высокого давления (см. Газоразрядные источники света), галогенных ламп накаливания. Работы по С. способствовали, в свою очередь, развитию электроники и становлению квантовой электроники.

  В С., в соответствии с областями использования света, различают осветительные, облучательные и светосигнальные установки (и соответствующие световые приборы). Осветительные установки создают необходимые условия освещения, которые обеспечивают зрительное восприятие (видение), дающее около 90% информации, получаемой человеком от окружающего его предметного мира. В СССР на искусственное освещение расходуется 10—12% вырабатываемой электроэнергии (установлено около 650 млн. световых точек); в США — 18%.

  Облучательные установки используют для различных незрительных воздействий на человека, животных и растения, а также в разнообразных производственных процессах. Облучение живых организмов ультрафиолетовым (УФ), видимым и инфракрасным (ИК) светом улучшает (или обеспечивает) жизненно важные морфофункциональные процессы, такие, как обмен веществ, кроветворение, регуляция сердечно-сосудистой деятельности, фотосинтез (у растений), а также повышает сопротивляемость организма заболеваниям. СССР занимает ведущее место в мире по использованию УФ излучения в детских учреждениях и больницах, находящихся в сев. районах (см. Светолечение). Значительный санационный эффект даёт бактерицидное облучение (см. Ртутная лампа), уничтожающее вредоносных бактерий и снижающее количество заболеваний в 1,5—2 раза. УФ облучение используется для обеззараживания воды и пищевых продуктов. Облучательные установки успешно используются для физиотерапии ("кварц", "солюкс" и т. д.). Существенный экономический эффект дают облучательные установки в с.-х. производстве. УФ облучение скота и птицы на 7—15% увеличивает их продуктивность: удои, яйценоскость, привес. Искусственный свет используют при промышленном выращивании овощей, ягод, фруктов в теплицах и оранжереях. Облучательные установки применяют в фотолитографии (см. Планарная технология), для сушки лакокрасочных покрытий, в фотохимических и др. технологических процессах.

  Светосигнальные установки служат для передачи кодированной (условной) информации — в виде сигналов, создаваемых светофорами дорожными, маяками, огнями судовыми, посадочными и др. сигнальными приборами; воспринимаются эти сигналы глазом или др. приёмниками излучения (например, фотоэлементами).

  Важная область С. — измерения характеристик света (см. Световые измерения, Фотометрия, Колориметрия), а также нормирование светотехнических установок (см., например, Освещение городов).

  Наряду с традиционными задачами современная С. решает задачи: создания комфортной световой среды, обеспечивающей весь комплекс информационного, морфофункционального, санационного и пр. действий света; использования света как эффективного и рентабельного средства индустриализации с.-х. производства; применения света в качестве технологического средства в промышленности; создания ИС, в которых реализуются процессы хемилюминесценции и электролюминесценции, применяются полупроводниковые и радиоизотопные материалы.

  Сов. светотехническая школа занимает видное место в мировой С. Значительный вклад в её развитие внесли С. И. Вавилов (люминесценция, действия света), М. А. Шателен (фотометрия, нормирование светотехнических установок), С. О. Майзель (физические основы процесса зрения), А. А. Гершун (теоретическая фотометрия, расчёты светового поля), П. М. Тиходеев (нормирование светотехнических установок, световые эталоны и измерения), В. В. Мешков (принципы нормирования и проектирования осветительных установок), Н. М. Гусев и В. А. Дроздов (строительная С.). В СССР светотехнического исследования и разработки ведутся во многих научных и учебных центрах и проектных институтах. Среди них: Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический светотехнический институт (ВНИСИ, Москва), Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт источников света (ВНИИИС, Саранск), светотехнической лаборатории НИИ охраны труда ВЦСПС (Ленинград, Иваново и др.), кафедра светотехники Московского энергетического института и др.

  СССР — член Международной комиссии по освещению и Международной электротехнической комиссии. Материалы по вопросам С. публикуются в журналах "Светотехника" (с 1932), "Light and lightning and environmental design" (L., с 1908), "Lux" (P., с 1928), "Lighting design and application" (N. Y., с 1906) и др.

  Лит.: Справочная книга по светотехнике [в. 1—2], М., 1956—58; Мешков В. В., Основы светотехники, ч. 1—2, М. — Л., 1957—61; Рохлин Г. Н., Газоразрядные источники света, М. — Л., 1966; Тиходеев П. М., Световые измерения в светотехнике, 2 изд., М. — Л., 1962; Гуторов М. М., Основы светотехники и источники света, М., 1968; Айзенберг Ю. Б., Ефимкина В. Ф., Осветительные приборы с люминесцентными лампами, М., 1968; Мешков В. В., Епанешников М. М., Осветительные установки, М., 1972; Кнорринг Г. М., Светотехнические расчеты в установках искусственного освещения, [Л.], 1973; Гусев Н. М., Макаревич В. Г., Световая архитектура, М., 1973.

  С. Г. Юров.

  С. кинематографии — отрасль С., решающая разнообразные задачи применения света на всех этапах кинематографического процесса, а также соответствующих световых измерений. С. в кинематографии разделяют на С. киносъёмки, С. копирования (печати) фильмов и С. кинопроекции.

  С. киносъёмки включает разработку и применение: источников света и осветит, приборов для киносъёмочного освещения; осветительных систем и киноэкранов для специальных видов киносъёмки (например, комбинированной киносъёмки), светофильтров; светоизмерительной аппаратуры для исследования свойств светочувствительных материалов, параметров источников света и осветительных приборов и условий освещения при киносъёмке. Средствами С. при киносъёмке, в том числе в особых условиях, например в тумане или под водой (при подводной киносъёмке), решаются различные экспозиционные, а также художественно-творческие задачи.

  Из киносъёмочных искусственных источников света наиболее удобны в эксплуатации лампы накаливания (ЛН) различного типа и мощности, но с одинаковой цветовой температурой (Т_цв " 3200—3250 К). Кинопрожекторные ЛН с концентрированным телом накала, мощностью 0,15—20 квт имеют световую отдачу 25—29 лм/вт и яркость ~ 10⁷ кд/м². Перспективны кинопрожекторные кварцево-галогенные ЛН, отличающиеся постоянством световых характеристик, простотой включения и обслуживания и другими достоинствами. Применяют также зеркальные лампы, и лампы-фары. В мощных кинопрожекторах используют открытую угольную дугу высокой интенсивности, с яркостью (5—7) X10⁸ кд/м². Из газоразрядных источников света применяют в основном кинопроекционные ксеноновые газоразрядные лампы постоянного тока и металло-галогенные лампы. Первые отличаются постоянством спектрального состава света и являются наилучшим имитатором среднего дневного света (Т_цв " 5700 К); их яркость (2—10)×10⁸ кд/м², световая отдача 25—45 лм/вт. Вторые имеют высокую световую отдачу (70—100 лм/вт) при удовлетворительной цветопередаче; их изготовляют на Т_цв 6000 и 3200 К.

  В качестве киносъёмочных осветительных приборов используются прожекторы со ступенчатыми линзами (диаметром 100—870 мм) и с ЛН, имеющими широкие пределы изменения силы света и угла рассеяния (за счёт расфокусировки). Кинопрожекторы со ступенчатыми линзами и угольной дугой имеют большую силу света, но эксплуатационно менее удобны. Наиболее удобны в эксплуатации и разнообразны по характеристикам киноосветительные приборы с кварцево-галогенными ЛН.

  Контроль киносъёмочного освещения осуществляется экспонометрами-яркомерами с широким (20° и более) или узким (0,5—1,5°) углом зрения и люксметрами, измеряющими освещённость основного объекта съёмки (например, лица актёра, принимаемого за диффузно отражающий объект с коэффициентом отражения около 0,3). Оценка качества цветопередачи производится измерителями цвета (колориметрами), а для отдельных участков кадра — "цветояркомерами деталей кадра" (с полем ~1°). Для изменения спектрального состава света на осветительных приборах устанавливают осветительные ("коррекционные" и "эффектные") абсорбционные или интерференционные светофильтры.

  С. копирования фильмов включает разработку осветительных систем и светоизмерительных приборов для различных кинокопировальных аппаратов. В качестве источников света в них наиболее употребительны кварцево-галогенные ЛН. Контроль освещения в копировальных окнах осуществляется светоизмерительными приборами, с учётом спектральной чувствительности позитивной киноплёнки.

  С. кинопроекции решает светотехнические задачи, имеющие целью повышение технического качества демонстрации кинофильмов, снижение расходов, связанных с производством фильмов, упрощение обслуживания кинопроекционных установок и т. п. Для этого разрабатываются специальные кинопроекционные источники света, осветительные системы и их элементы (см. Кинопроекционный аппарат, Кинопроекционный объектив), киноэкраны (см. Кинопроекционный экран) и светоизмерительные приборы. Кроме того, определяются условия, при которых обеспечивается удовлетворительное качество восприятия киноизображения зрителями (например, необходимые значения яркости проекции, её равномерность, допуски на "засветку", качество цветопередачи и т. п.) при различных видах кинопроекции — обычной, дневной, стереоскопической и т. д.

  Яркость кинопроекции на экране для затемнённых помещений нормирована: 35 кд/м² в отсутствие кинофильма, при работающем обтюраторе кинопроектора; по ней определяют полезный световой поток кинопроектора для данных зала и киноэкрана. В профессор кинематографии эксплуатируются кинопроекторы со световыми потоками от 150 лм до 30 клм и более. В кинопроекторах с небольшим световым потоком (до 600 лм в 60-миллиметровом и до 1,3 клм в 35-миллиметровом кинопроекторах) применяют кинопроекционные ЛН с большой габаритной яркостью (~3×10⁷ кд/м²; обычно кварцево-галогенные), часто в виде единого блока с эллипсоидным отражателем. Кинопроекторы с более высоким световым потоком (2,5—30 клм) снабжают осветителями преимущественно с кинопроекционными ксеноновыми лампами (мощностью 1—10 квт).

  Измерение яркости кинопроекции и равномерности её на киноэкране производят проекционными яркомерами (с различных точек зрительного зала), освещённость киноэкрана — кинопроекционными люксметрами. Киноэкраны контролируют рефлексометрами или наборами эталонных (рабочих) образцов "коэффициентов яркости". Цветность кинопроекции измеряют фотоэлектрическими трёхцветными колориметрами и (менее точно) двухцветными измерителями цветовой температуры; для контроля источников света и оптических элементов применяют специальные фотометрические приборы.

  Лит.: Баранов Г. С., Пелль В. Г., Сахаров А. А., Справочник по технике киносъемки, М., 1959; Голостенов Г. А., Дербишер Т. В., Источники света кинопроекторов, М., 1968; Голостенов Г. А., Дербишер Т. В., Светотехнический контроль киноустановок, М., 1971; Косматов Л. В., Свет в интерьере, М., 1973; Голдовский Е. М., Введение в кинотехнику, М., 1974.

  Г. А. Голостенов.

  Строительная С. — отрасль С., изучающая закономерности распространения и распределения в зданиях световой энергии Солнца и искусственных источников света, оптические свойства строительных материалов и конструкций, влияние света на зрительное восприятие интерьеров, эстетические функции света в архитектуре общественных зданий, площадей, городских ансамблей и т. д.; раздел строительной физики. Строительная С. понимается и как отрасль строительной техники, разрабатывающая приёмы рационального (с точки зрения эффективного использования утилитарных и художественных функций света) проектирования и строительства зданий, светопрозрачных ограждающих конструкций, солнцезащитных средств и осветительных установок. Одна из основных задач строительной С. — разработка методов светотехнического расчёта строительных объектов сообразно с требуемым уровнем освещения рабочих мест, а также с оздоровительным, тонизирующим и бактерицидным действием световой среды в диапазонах видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной частей спектра. Разделы строительной С. — естественное освещение, искусственное освещение, архитектурное освещение, инсоляция помещений и населённых мест и др.

  Становление строительной С. как особой научной дисциплины относится к 50-м гг. 20 в. Развитие строительной С. обусловлено большими масштабами индустриального строительства, совершенствованием существующих и созданием новых светопропускающих материалов и конструкций, разработкой и массовым внедрением новых типов источников света.

  В строительной С. при решении её задач используют: теоретические расчёты на основании установленных физических закономерностей; оценки светотехнических характеристик помещений с помощью моделей (см. Моделирование); лабораторные испытания светопропускающих строительных материалов и элементов конструкций окон, фонарей, солнцезащитных устройств; натурные наблюдения и измерения на объектах. В строительной С. широко пользуются методами фотометрии, в частности колориметрическими методами. Для исследования светотехнических характеристик элементов конструкций и моделей зданий сооружают установки типа "искусственный небосвод". Подобная установка представляет собой т. н. светомерный шар, на внутренней поверхности которого моделируется естественный небосвод, и светоприёмную камеру с проёмом, в котором устанавливается испытываемый образец.

  Строительная С. находит многочисленные приложения при проектировании и строительстве городов, промышленных и с.-х. зданий, искусственных сооружений, картинных галерей, музеев, памятников, выставочных павильонов и т. д. Значение строительных С. для развития материального производства определяется тем, что установление оптимальных количественных и качественных характеристик освещения и их осуществление в строительстве способствуют росту производительности труда, улучшению качества продукции, повышению продуктивности животноводства и растениеводства.

  Перспективы развития строительной С. связаны с совершенствованием нормирования естественного и искусственного освещения (с учётом комплексного воздействия свето-цветовой среды на архитектурно-художественное восприятие помещений, работоспособность и здоровье человека), с решением вопросов оптимизации параметров строительных конструкций и осветительных установок в соответствии со светотехническими, а также теплотехническими, прочностными, акустическими, аэродинамическими и др. требованиями, определяющими эксплуатационные качества зданий и микроклимат помещений.

  Лит.: Гусев Н. М., Киреев Н. Н., Освещение промышленных зданий, М., 1968; Строительная светотехника, [в. 1—4], М., 1969—74; Дроздов В. А., Фонари и окна промышленных зданий, М., 1972.

  М. И. Краснов.