פוטומטר

פוטומטר הוא מכשיר המודד עוצמת הארה בנקודה נתונה או את התכונות האופטיות של חומרים שונים. פוטומטרים עשויים למדוד עוצמת תאורה, שטף קרינה ליחידת שטח, בליעה, פיזור והחזרת אור, ועוד.

היסטוריה 

הרבה לפני שפותחו רכיבים אלקטרוניים רגישים לאור, מדידות פוטומטריות נערכו באמצעות אמידה ויזואלית מקורבת לפי העין. השטף הלומינלי של מקור אור הושווה עם הבהירות נראית של מקור סטנדרטי. בפוטומטר נעשה שימוש כך שעוצמת ההארה ממקור האור הנחקר משתווה לזו של המקור הסטנדרטי, שכן העין האנושית יכולה להעריך בהירות שווה. היחס בין עוצמות התאורה של שני המקורות ניתן לחישוב באמצעות ידיעת מקדם ההגברה היחסית של הפוטומטר והמרחק בין נקודת המדידה לכל אחד ממקורות האור, שמהם ניתן לקבוע, בעזרת חוק היפוך הריבוע, את ההספק של כל אחד ממקורות האור.

צורה "פרימיטיבית" של פוטומטר, שלעיתים קרובות ניתנת כתרגיל מעבדה בסיסי, היא זו של דף נייר עם כתם שמן עליו שהופך אותו לשקוף יותר. אם מציבים את הדף בין שני מקורות אור, אז מקבלים - בהנחה שלאזור כתם השמן 100% שקיפות ולדף הנייר (ללא הכתם) יש 100% החזרה - שהכתם ייעלם לגמרי כאשר עוצמות ההארה משני צידיו יהיו שוות, שכן הדף יהיה בעל בהירות אחידה ולא ניתן יהיה להבחין בין הכתם לשאר הדף. בדרך זו ניתן לקבוע את היחס בין עוצמות התאורה של שתי המנורות לפי המיקום המדויק בו מוצב הדף כאשר כתם השמן נעלם.

שיטות הערכה פוטומטריות כאלו היו נפוצות עוד לפני פיתוח הפוטומטרים הראשונים. במאה ה-19 נעשתה התקדמות רבה בפיתוח פוטומטרים השוואתיים, עם התפתחות האסטרונומיה והצורך בקטלוג כוכבים לפי הבהירות הנצפית שלהם. ההבדל בין מדידות פוטומטריות ארציות לשמיימיות הוא שבאחרון המרחק אל מקורות האור אינו ידוע, ורק הבהירות הנצפית ניתנת למדידה ישירה. כיוון שכך, עקרונות הפעולה של הפוטומטרים הראשונים התבססו על היכולת לייצר דמויות סמוכות של כוכבים מרוחקים על כיפת השמיים (מרוחקים זוויתית), ועל היכולת "לכוונן" את הבהירות הנצפית של כוכבים שונים מבעד לעינית הפוטומטר.

במאה ה-20 נעשו קפיצות טכנולוגיות של ממש בחישת אור, אשר הפכו את הפוטומטרים ההשוואתיים למיושנים למדי, עם גילוי טבעו הדואלי של האור, לפיו האור הוא גם זרם של "חבילות" אנרגיה (פוטונים) זעירות. כיוון שכך, רתימת האפקטים השונים הקשורים באינטראקציה של אור וחומר (כדוגמת האפקט הפוטואלקטרי) אפשרה לבנות רכיבים אלקטרוניים שמפיקים פלט חשמלי היחסי לעוצמת האור הפוגע בהם. רכיבים כאלו מודדים את הספק האור הפוגע בצורה עצמאית לגמרי, ללא כל צורך באמידה מקורבת לפי העין.

עקרונות פעולה של פוטומטרים 
רוב הפוטומטרים המודרניים נעזרים בפוטורזיסטורים, פוטודיודות ומכפילורים כדי לחוש את עוצמת האור. על מנת שיוכל לנתח את הרכב האור, האור המגיע לפוטומטר מועבר קודם דרך מסנן אופטי או מונוכרומטור, המאפשרים לבודד תחום תדירויות צר של האור ולמדוד את עוצמתו. בדרך זו פוטומטרים יכולים לשמש כדי לפענח את ההרכב הספקטרלי של האור הפוגע.

שימוש בפוטומטרים בצילום 
פוטומטרים משמשים כדי לקבוע את זמן החשיפה האופטימלי בעת צילום. במצלמות מודרניות, הפוטומטר הוא בדרך כלל רכיב מובנה בהן. כיוון שהתאורה בחלקים שונים של התמונה משתנה, פוטומטרים מתקדמים מודדים את עוצמת האור בחלקים שונים של התמונה הפוטנציאלית ונעזרים באלגוריתם כדי לקבוע את החשיפה הטובה ביותר לתמונה הסופית, תוך התאמת האלגוריתם לסוג התמונה הרצוי.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים 

אופטיקה