Рис. 3.1. К определению понятия телесный угол

Пусть внутри малого телесного угла ? распространяется от источника световой поток Ф, тогда сила света I определяется как угловая плотность светового потока

I = Ф/? ,

и характеризует распределение светового потока по разным направлениям. Кривую зависимости светового потока от напрвления обычно изображают в полярных координатах и назвают кривой силы света (КСС). В качестве примера КСС на рис 3.2. приведены КСС трёх вариантов потолочных встраиваемых светодиодных светильников DL 00232×2 марки ГАЛС/GLS с различными углами расходимости светового пучка.

Рис. 3.2. Кривые силы света разных вариантов светодиодных светильников DL 00232×2 марки ГАЛС/GLS

Силу света измеряют в канделлах (кд или kd). Канделла – основная единица фотометрии, для неё существует эталон, и именно через неё определяются остальные единицы измерения световых величин. По определению, одна канделла — сила света, излучаемого в перпендикулярном направлении 1/6000000 квадратного метра

Рис. 3.3. К определению понятия освещённость

Для количественной оценки того, насколько хорошо освещена та или иная поверхность используют величину освещённости. Пусть на поверхность площадью

Е = Ф/S,

причём предполагается, что выбранная площадка настолько мала, что неравномерность распределения светового потока через её части отсутствует.

Зная силу света от источника в направлении освещаемой поверхности и расстояние до поверхности, легко определить освещённость этой поверхности (Рис.3.4). Учитывая, что световой поток через поверхность Ф = I*?

Е = I *Cos?/r².

Если поверхность освещается несколькими источниками света, то полная освещённость равна сумме освещённостей, создаваемых каждым.

Рис. 3.4. Освещённость поверхности точечным источником

L = I/S*Cos?.

Если вспомнить, что I = Ф/T, то

L = Ф/?*S*Cos?,

Где Ф – световой поток, распространяющийся от светящейся площадки под углом ?, в пределах малого телесного угла ?.

Рис. 3.5. К определению понятия яркости

Почему яркость так важна? Оказывается, если смотреть на какую либо светящуюся площадку, то освещённость на сетчатке глаза, в изображении этой площадки, будет пропорциональна именно яркости в направлении от источника на глаз. То есть именно яркость определяет силу зрительного восприятия, когда мы смотрим на светящуюся или рассеивающую свет поверхность. Поэтому, при одной и той же силе света, источник с малой площадью будет восприниматься как более сильный, чем источник с большой площадью светящейся поверхности.

Раньше величину яркости измеряли в нитах (нт или nt), сейчас используют производную единицу канделла на метр квадратный (кд/м

Для полноты картины упомянем ещё одну светотехническую величину – светимость, равную отношению полного светового потока излучаемого малой площадкой к площади этой площадки. Измеряется светимость, соответственно, в люменах на квадратный метр (лм/ м²).

Костюк А.В. (с)

Обсудить статью возможно в блоге автора.

Световой поток светодиодных ламп – как измерить, правила вычисления

Постепенно уходят в прошлое времена, когда в квартирах и других помещениях все освещение состояло из ламп накаливания. На смену им пришли сначала энергосберегающие лампы, а после и более высокотехнологичные светильники на светодиодах. И если раньше основным критерием яркости свечения лампы была ее мощность, которая измеряется в ваттах, то в чем измеряется она сейчас, если этот показатель востребован при монтаже освещения на кристаллах лишь для правильного подбора стабилизирующего напряжение оборудования – драйвера.

Световой поток светодиодных ламп, которые более высокотехнологичны, гораздо сильнее, нежели у ламп накаливания, потребляющих большую мощность, основная часть которой уходит на вырабатывание тепла. И для простого обывателя встает вопрос, так как же выбрать по яркости светодиод, на какие параметры обратить внимание? Световой поток измеряется в люменах на 1 W. Эта единица измерения полностью отражает его силу, в отличие от мощности.

Определение

У каждого источника света имеется свой показатель того, что подразумевается под понятием световой поток в люменах, и эти данные должны быть зафиксированы на коробке с осветительным прибором. При выборе лампы нужно не только обращать внимание на мощность потребителя, но и учитывать светоотдачу – эти два параметра важны в смысле энергопотребления. Преобразование электрической энергии в световую рождает потери, препятствующие более высоким показателям яркости.

К примеру, сравнивая лампы накаливания с энергосберегающими, мы увидим, что при одинаковых уровнях мощности световой поток у обычных элементов будет равен 12 люмен/ватт, а у КЛЛ – уже 60 люмен/ватт. Ну а самый высокий показатель по этому параметру у светодиодных ламп – он равен 70–90 lm.

Для более точного определения того, сколько люмен содержит световой поток различных типов осветительных приборов, можно воспользоваться списком, где Н – лампа накаливания, Э – энергосберегающая и С – светодиод:

1. Н 20Вт = Э 5–7Вт = С 2–3ВТ = 250 Лм/Вт;
2. Н 40Вт = Э 10–13Вт = С 4–5Вт = 400 Лм/Вт;
3. Н 60Вт = Э 15–16Вт = С 8–10Вт = 700 Лм/Вт;
4. Н 75Вт = Э 18–20Вт = С 10–12Вт = 900 Лм/Вт;
5. Н 100Вт = Э 25–30Вт = С 12–15Вт = 1200 Лм/Вт;
6. Н 150Вт = Э 40–50Вт = С 18–20Вт = 1800 Лм/Вт;
7. Н 200Вт = Э 60–80Вт = С 25–30Вт = 2500 Лм/Вт.

Но при расчетах нужно помнить о том, что при длительной работе светового прибора его показатель светопотока падает. Есть и другие причины ухудшения этого параметра. Одним из них является отражатель светильника. Потери, которые будут в результате этого фактора, могут составить 20–80% светового потока.

Световой поток диодов

Световой поток у ламп накаливания слабее еще и потому, что кажущейся со стороны вроде бы яркой лампочке не хватает концентрации света в одном месте, она просто рассеивает его по сторонам. А вот у светодиодных светильников светодиоды сами по себе светят более «кучно», к тому же диодные лампы имеют свой встроенный отражатель и не зависят от светильника, в который они установлены. Ведь в любой комнате, независимо от ее назначения, никакого смысла в освещении потолка нет.

Основной свет должен поступать вниз от потолочных осветительных приборов. Как раз таким решением будет замена люминесцентных ламп на светодиодные трубки Т5 или Т8. При работе, к примеру, светильников типа «Армстронг» половина лампы светит вверх. Конечно, есть отражатель, но расположен он близко, и отражение затеняет сама лампа. А в результате – светопотери в 20–40%.

Если же заменить лампы на светодиодные трубки – эта проблема решается, т. к. они светят точно вниз, вверху элементы, выделяющие свет, отсутствуют. Как измерить световой поток? Сделать это можно одним из специальных измеряющих приборов – люксметром.

Вычисление светопотока

Световой поток, хотя и примерно, можно вычислить, используя среднее значение отдачи света:

• светодиоды – необходимо умножение мощности на 80–90 люмен;
• светодиодные филаментные – умножение на 100 люмен;
• КЛЛ – на 60 люмен, хотя если лампы дорогие и качественные, их показатель может быть выше;
• ДНАТ (дуговая натриевая трубчатая) – на 66 люмен при 70 Вт; на 74 люмен при 100, 150, 250 Вт; и на 88 люмен при 400 Вт;
• ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная) – на 58 люмен, при сроке службы 12–18 тыс. часов.

Конечно, китайский вариант лампы, скорее всего, будет иметь меньшие показатели.

Цветовая температура светового потока

Многие привыкли к желтоватому, «теплому» свету, но нравится он не поэтому. Просто такой цвет более близок к солнечному по ощущениям, создается впечатление, что в помещении действительно теплее. А вот согласно многочисленным исследованиям в этой области, при переходе на белые, «холодные» тона, человек чувствует дискомфорт только в первые пару дней, а после, привыкнув, уже не хочет переходить к теплому свету. Все дело в том, что холодные оттенки имеют более сильный световой поток, такое освещение более яркое.

Равномерное освещение

В электротехнике существует такое понятие, как коэффициент распределения светового потока. Применяется этот параметр для расчета расположения и типа световых приборов с целью того, чтобы равномерно распределить освещение внутри комнаты. Основываются при этом на возможность светоотражения различных отделочных материалов. В основном светопоток отражается от стен, потолка и пола, но также нужно не забывать и о мебели.

Для правильного расчета этого коэффициента используют специальную таблицу с указанием в процентах возможности материалов к отражению светового потока. Необходимо помнить, что более темная поверхность имеет меньше способности к отражению, а значит и показатели данного коэффициента будут ниже.

В любом случае, если задаться целью освещения помещений в полном соответствии с правилами такой работы и своими предпочтениями, необходимо потратить много времени и сил. Процесс этот очень трудоемок, но все же когда все необходимые расчеты будут выполнены, а работа сделана в полном с ними соответствии, можно будет увидеть, как преобразилась комната, квартира или любое другое помещение.

К тому же при правильном освещении, направленности и силе светового потока глаза не будут подвергаться разрушительному воздействию неправильно подобранных ламп. В конечном итоге здоровье важнее, чем время и усилия, которые будут потрачены.

Статьи

Когда речь заходит об автомобильных лампах, важно знать и понимать несколько основополагающих терминов. В статье мы постараемся просто и по-человечески объяснить что такое световой поток и сила света, в чем измеряются яркость и освещенность, и каким цветом обладают 5500 кельвинов.

Итак, начнем с основной характеристики, которую встречаем на каждой упаковке с лампой — световой поток. 

Световой поток — это величина, которая показывает сколько световой мощности в общем потоке излучения может воспринять человеческий глаз или другой приемник света (если говорим о научных исследованиях). 

Другими словами, это та световая энергия, которую дает лампа. Световой поток измеряется в люменах (лм). Как именно измеряется? Существует специальный прибор — сферический фотометр. Лампа, помещается в центр покрытой внутри белой светоотражающей краской сферы. И при помощи фотоэлемента, с параметрами близкими к человеческому глазу происходят замеры. 

Что значит световой поток на практике?

Автомобильные лампы с более высоким значением в люменах излучают более интенсивный и яркий свет. Значения светового потока помогут выбрать наилучший вариант автомобильной лампы среди аналогов.  

Световой поток поможет оценить и экономичность осветительного прибора. И сейчас самое время поговорить о световой эффективности или светоотдаче. 

Световая эффективность — это соотношение светового потока к потребляемой мощности (лм/Вт). Нехитрый расчет даст понять, насколько эффективно энергия, которую потребляет лампа преобразуется в свет. Понятно, что самый прекрасный вариант, когда источник света потребляет мало, а светит хорошо! Если сравнивать разные виды ламп, сразу скажем, что абсолютный лидер по показателям световой эффективности — светодиодные лампы. Рекордно низкое потребление энергии, при высокой величине светового потока. 

Что такое сила света?

Сила света — световой поток в заданном направлении в единицу времени. Силу света измеряют в канделах (кд) и делают это так: световой поток от источника света измеряют только внутри телесного угла (физический термин), для простоты скажем — в одном направлении. Для чего? Источник света неравномерно распределяет энергию во всех направлениях, поэтому сила света подскажет, какая плотность освещения свойственна тому или иному источнику света. 

Следующая величина уже совсем не зависит от направления света, но имеет отношение к освещаемой поверхности. Когда нужно понять, насколько далеко источник света рассеивает тьму, вводят понятие освещенности. И в люксах (лк) измеряют количество света, падающего на площадь поверхности. 

Интересный факт: Ясный летний день на улице — 100 000 люкс! Безоблачное полнолунье —  0,25 люкс. 

Что такое всем привычная и понятная яркость с точки зрения светотехники?

Яркость — наиболее тесно связана с нашим восприятием света. Единица измерения яркости: кандела на квадратный метр. То есть яркость — это сила света, излучаемая площадью поверхности в определенном направлении. Разные поверхности имеют разную степень яркости, даже когда на них светит один и тот же источник света. 

Интересный факт: Поверхность солнца имеет яркость 2000000000 кд/м2, а поверхность луны — 2500 кд/м2. 

Световые потоки могут отличаться не только по яркости, но и по светимости. 
Освещенная поверхность испускает световой поток, его плотность и есть светимость (она же светность). Светимость измеряется в лм/м2. То есть, это отношение светового потока, падающего на определенный участок поверхности, к размеру этой поверхности. 

И последний, но, пожалуй, самый красочный термин — цветовая температура. Та характеристика, которая указывает на цвет источника света. Измеряется в кельвинах (К).
0 кельвинов — абсолютно черный цвет. Температура остальных цветов определяется путем сравнения с излучением абсолютно черного тела.
Темно-красный оттенок появляется при температуре 800 К.
Пламя свечи имеет цветовую температуру 1000 К.
Теплый желтый, с легким оранжевым оттенком — цвет заката и рассвета — 3000 К.
Дневной свет — самый комфортный для наших глаз имеет световую температуру 5500 К — нейтральный белый цвет.
Холодный белый, с оттенком голубого имеет температура 6000 К — в природе облачное небо.
Самый яркий холодный голубой имеет северное безоблачное небо — 10000 К.   

Цветовая температура имеет ключевое значение при выборе автомобильных ламп для разных погодных условий.

Например, в условиях плохой видимости, тумана, снега — нет эффективней ламп желтого цвета с температурой в районе 2700-3000 К. В темное время суток и при сырой погоде отлично подходят автолампы с показателями около 4300 К. Ничего лучше дневного света не противостоит ночи, поэтому в темное время превосходную видимость обеспечивают автолампы около 5500 К. 

Лампы с температурой более 6000 К и отчетливым голубым оттенком создают яркий стиль и привлекательный дизайн. 

Итак, мы пролили свет на основные термины в светотехнике. Почитать о ключевых параметрах выбора автомобильных ламп можно в статье “Технические характеристики автомобильных ламп”.

А выбрать лампу для автомобиля, удовлетворяющую вашим индивидуальным критериям, можно в интернет-магазине Динамика света! 

Что такое световой поток?

Информация о материале

Обновлено: 21 апреля 2021

Световым потоком называется физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения. Световой поток пропорционален потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью человеческого глаза. В международной системе измерений световой поток, или яркость, измеряется в люменах (Лм). Для замера мощности светового потока от источника света, например, от светодиодной лампы, используются специальные приборы — сферические фотометры.

Сферический фотометр представляет собой сферу с внутренним покрытием, имеющим коэффициент отражения близкий к единице. Для определения яркости светодиодной лампы она помещается в центр сферы, и при помощи фотоэлемента, вмонтированного в стенку сферы и покрытого фильтром с кривой пропускания, равной кривой спектральной чувствительности глаза, измеряется сигнал, пропорциональный освещенности фотоэлемента. Освещенность фотоэлемента, в свою очередь, в данном устройстве пропорциональна световому потоку от источника света (фотоэлемент измеряет только рассеянный свет, так как заслонён от прямого излучения источника специальным экраном). Путём сравнения полученного сигнала с сигналом от эталонного источника света можно измерить абсолютный световой поток источника светодиодной лампы.

Световой поток служит характеристикой мощности любого источника света и определяется как количество световой энергии, которая проходит через единицу площади за единицу времени.

Световой поток обозначается буквой Ф и измеряется в люменах (лм). Самые распространенные на данный момент источники света имеют следующие значения светового потока: Лампа накаливания мощностью 100Вт создает 1300-1600 лм светового потока. Компактная люминесцентная лампа мощностью 26 Вт – 1600 лм. 1-ваттная светодиодная лампа создает световой поток равный 120 лм.

А это важно!

Самое главное, о чем следует помнить, количество люмен не определяет дальнобойность светильник или лампы. А вот что влияет на дистанцию, так это скорее фокусировка луча и оптика. Таким образом, люмены практически не влияют на яркость света на самом объекте освещения, дальность света и ширину луча. Это значит, что свет от например от фонарей с одинаковым количеством люменов, но разной оптикой будет восприниматься по-разному и создавать разное освещение пространства. Он определяет количество света, излучаемое фонарем в целом.

Поэтому для измерения дальнобойности применяются именно данные об освещенности, а не о световом потоке. Максимальная дальность рассчитывается, так же, как и сила света, исходя из значений освещенности в люксах. Большей дальнобойностью будет обладать тот фонарь, у которого значение пиковой силы света выше, даже если значение светового потока у него будет меньше.

Освещенность и световой поток — это две разные вещи!

Что такое световой поток? | ОАО «Энергия»

Энергия излучения определяется количеством квантов, которые излучаются излучателем в пространство. Энергию излучения (лучевую энергию) измеряют в джоулях. Количество энергии, которое излучается за единицу времени, называется потоком излучения или лучевым потоком. Измеряется лучевой поток в ватах, обозначается Фе.

Поток излучения характеризуется распределением по времени, спектру и в пространстве.

В большинстве случаев, когда говорят о распределении потока излучения по времени, не учитывают квантового характера возникновения излучения, а понимают под этим функцию, которая дает изменение во времени мгновенных значений потока излучения Ф(t). Это допустимо, поскольку число фотонов, которые излучаются источником в единицу времени очень большое.

По спектральному распределению потока излучения источники разбивают на три класса: с линейным, полосным и сплошными спектрами. Поток излучения источника с линейным спектром состоит из монохроматических потоков отдельных линий:

У источников с полосным спектром излучение проходит в пределах достаточно широких участков спектра — полос, отделенных одна от другой темными промежутками. Для характеристики спектрального распределения потока излучения со сплошным и полосным спектрами пользуются величиной, которая называется спектральной плотностью потока излучения

Спектральная плотность светового потока — это характеристика распределения лучевого потока по спектру и ровна отношению элементарного потока , что соответствует бесконечно малому участку, к ширине этого участка:

Спектральная плотность светового потока измеряется в ваттах на нанометр.

В светотехнике, где основным приемником излучения является глаз человека, для оценки эффективного действия лучевого потока, вводится понятие светового потока. Световой поток — это лучевой поток, который оценивается его действием на глаз, относительная спектральная чувствительность которого определяется усредненной кривой спектральной эффективности, утвержденной МКО (рис. 1).

В светотехнике используется и такое определение светового потока: Световой поток это мощность световой энергии. Единица светового потока — люмен (лм). 1лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.

Таблица 1 показывает, что нет какого-то стойкого отношения между электрической энергией, которая рассевается в лампе, и излучаемым световым потоком. Это отношение называется световой отдачей, которая измеряется в лм/Вт.

Таблица 1.

Типичные световые величины источников света

Рис. 1. Среднее значение спектральной чувствительности глаза V(л).

Величины и единицы освещения

Приборы для измерения силы света

Измерения света можно разделить на ряд принципов измерения, каждый из которых оценивается количественно в соответствии с различными оптическими параметрами. Фотометрические измерения, например, выражаются в соответствии с реакциями человеческого глаза. Это основано на усредненной спектральной чувствительности, известной как функция яркости Vλ, которая классифицирует длины волн зелено-желтого света примерно 555 нм как концентрированную пиковую чувствительность человеческого зрения в ярких условиях.

Фотометрические измерения касаются силы света (лм), освещенности (лм / м ² или люкс), яркости (кд / м ² ) и силы света (кд) источника света. В этом сообщении в блоге мы более подробно рассмотрим интенсивность света и исследуем некоторые подходящие инструменты для измерения освещенности для оценки интенсивности осветительного прибора.

Что такое сила света?

Сила света, которую часто ошибочно принимают за яркость, представляет собой взвешенную по длине волны мощность света, излучаемого на единицу телесного угла.Он выражается в канделах (кд) и измеряется в соответствии с функцией светимости Vλ. Сила света источника света отличается от его светового потока, который измеряет выходную мощность в соответствии с Vλ источника света во всех направлениях и выражается в люменах (лм).

Это различие подчеркивает семантическую разницу между яркостью, световым потоком и силой света — последняя из которых относится к выходной оптической мощности в определенном поле зрения.Сила света особенно важна для измерения мощных светодиодов (LED) и твердотельного освещения (SSL) для домашних и коммерческих прожекторов. Количественная оценка оптического выхода направленного источника света относительно усредненной чувствительности человека является критическим процессом для разработки, производства и контроля качества коммерческих светодиодов и SSL.

Приборы для измерения силы света

Для оптимального отклика измерения силы света выполняются изолированно, без помех от окружающего освещения.Измерительные приборы обычно используются для получения нескольких фотометрических измерений для оценки широких оптических характеристик источника света. Фотометры, способные выполнять измерения силы света, должны быть оснащены либо косинусным корректором, либо интегрирующей сферой в конфигурации 2π. Однако первое является наиболее компактным и, следовательно, наиболее практичным решением.

Косинусные корректоры улавливают свет в поле зрения 180 ° с ламбертовским откликом и рассеивают его, в то время как интегрирующие сферы отражают полученные оптические сигналы вокруг внутренней полости в чувствительный детектор.Спектрофотометры могут использовать любую из этих геометрических конфигураций для определения силы света светодиода или продукта SSL.

Измерения силы света с помощью Admesy

Admesy предлагает широкий ассортимент фотометрических измерительных приборов и принадлежностей для измерения силы света ряда коммерческих и профессиональных осветительных приборов. В зависимости от необходимости измерения нескольких параметров, Admesy предлагает несколько вариантов, обеспечивающих полный анализ оптических характеристик освещения на протяжении всего производственного процесса.

Наши измерительные приборы, способные получать данные об интенсивности света при оснащении косинусным корректором, включают:

• Спектрометр серии Rhea;
Спектрометр серии
• Hera;
Спектро-колориметр серии
• Cronus;
Люксметр серии
• Astera.

Если вам нужна дополнительная информация о выполнении измерений силы света с помощью продуктов Admesy, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Измерение светодиодов — LED professional

Введение

Разрабатываются и внедряются различные новые типы светоизлучающих диодов (СИД) для общего освещения и других применений, и возрастает потребность в точных измерениях различных оптических параметров светодиодов.Традиционные стандартные лампы не удовлетворяют требованиям калибровки для измерений светодиодов, поскольку светодиоды существенно отличаются от традиционных ламп с точки зрения физических размеров, уровней потока, спектров и пространственного распределения интенсивности. Температурно-зависимые характеристики и большая вариативность оптических конструкций светодиодов еще больше затрудняют воспроизведение измерений. Для обеспечения высокоточных измерений светодиодов большим спросом пользуются эталонные светодиоды и услуги по калибровке [1]. Национальный институт стандартов и технологий (NIST) недавно разработал и расширил возможности калибровки светодиодов для фотометрических, радиометрических и колориметрических величин и предоставляет различные услуги по калибровке светодиодов.В этой статье обсуждаются измерения силы света, общего светового потока, общего спектрального потока излучения и количества цветов светодиодов, а также средства измерения NIST и услуги по калибровке светодиодов.

Сила света

Сила света (единица измерения: кандела) светодиодов может быть измерена с помощью обычного фотометрического стенда и стандартных фотометров [2] в условиях дальнего поля на достаточно большом расстоянии, чтобы тестовый светодиод можно было рассматривать как точечный источник ( обычно 2 м или больше).Однако обычной практикой в ​​светодиодной индустрии было измерение светодиодов на гораздо более коротких расстояниях, например от 10 до 50 см. Предположительно традиция пришла из тех времен, когда светодиоды были очень тусклыми, а фотометры — не очень чувствительными. Эта практика все еще преобладает, хотя светодиоды намного ярче. Измерение силы света светодиодов на коротких расстояниях проблематично, потому что многие светодиоды имеют эпоксидные линзы, и они не ведут себя как точечный источник, и закон обратных квадратов не выполняется. Эффективный центр излучения светодиода может смещаться от физического центра светодиода.Это вызывает отклонения в измеренной силе света при измерении на разных расстояниях, особенно когда расстояние невелико. Было установлено, что это одна из основных причин различий в измерении силы света.

Для решения этой проблемы Международная комиссия по освещению (CIE) стандартизировала измерительные расстояния (100 мм и 316 мм) для измерений интенсивности светодиода, как первоначально опубликовано в CIE 127 (1997) и в недавней редакции CIE 127: 2007 [3 ]. Эта публикация также стандартизировала апертуру фотометра, сделав ее круглой с площадью 1 см2, расстояние должно измеряться от конца корпуса светодиода, а направление измерения должно совпадать с механической осью светодиода.Эта геометрия CIE показана на рисунке 1.

Сила света, измеренная в этих стандартизованных условиях, называется средней яркостью светодиода CIE, поскольку значение может немного отличаться от реальной силы света светодиода (дальнего поля). Эти два расстояния различаются Условием A и Условием B для 316 мм и 100 мм соответственно. Эту рекомендацию CIE следует использовать для определения интенсивности отдельных светодиодов. Эта рекомендация не применяется к светодиодным кластерам, массивам и светильникам, изготовленным из светодиодов.Тестовые светодиоды измеряются относительно откалиброванных стандартных светодиодов или калиброванной стандартной головки фотометра, при необходимости применяя коррекцию спектрального несоответствия.

NIST разработал стандартные фотометры в соответствии с этой рекомендацией CIE и создал службу калибровки для средней силы света светодиодов в условиях A и B. Неопределенность (расширенная неопределенность, k = 2) для этих калибровок обычно составляет от 1% до 3%. в зависимости от тестовых светодиодов. См. Ссылки [4-7] для подробностей.

Общий световой поток

Общий световой поток (единица: люмен), вероятно, является наиболее важной величиной для светодиодов, используемых для освещения. Световая отдача, люмен на ватт, имеет решающее значение для разрабатываемых белых светодиодов. По сравнению с измерениями традиционных ламп накаливания, погрешности измерений светодиодов, как правило, намного больше, в первую очередь из-за узкополосных спектральных распределений и разновидностей диаграмм направленности светодиодов. Общий световой поток светодиодов можно измерить либо с помощью системы интегрирующих сфер, либо с помощью гониофотометра.При использовании интегрирующих сфер в светодиодной индустрии было обычной практикой крепить светодиоды на стене со сферой. Этот метод во многих случаях не подходит, так как обратное излучение тестового светодиода исключено, а общий световой поток измеряется неправильно. В новой рекомендации CIE 127: 2007 [3] рекомендуется использовать геометрию интегрирующей сферы, как показано на рисунке 2. В случаях, когда важен только прямой поток, частичный поток светодиода определяется также в новой публикации CIE.

Геометрия (a) на Рисунке 2 рекомендуется для всех типов светодиодов, включая светодиоды с узким профилем луча или светодиоды с широким и обратным излучением.Эта геометрия должна использоваться для большинства 5-миллиметровых светодиодов эпоксидного типа, которые имеют обратное излучение. Геометрия (b) приемлема для светодиодов, не имеющих обратного излучения. Например, мощный светодиод с большим теплоотводом и отсутствием обратного излучения можно измерить с помощью геометрии (b), в которой только головка светодиода вставлена ​​в сферу, а большой теплоотвод остается вне сферы. Интегрирующие сферы любой геометрии должны быть откалиброваны стандартным светодиодом общего светового потока, имеющим такое же угловое распределение интенсивности и спектральное распределение, что и тестовые светодиоды, подлежащие измерению, с внесением поправок на спектральное рассогласование по мере необходимости.Для светодиодов обычно используются интегрирующие сферы размером от 20 см до 50 см.

Общий световой поток светодиодов откалиброван в NIST с использованием системы интегрирующих сфер длиной 2,5 м, которая также используется для определения светового потока и калибровки традиционных ламп. Даже при очень большом размере сферы система сфер имеет достаточную чувствительность для измерения светового потока светодиодов. Система сфер 2,5 м использует метод абсолютной сферы, как показано на рисунке 3. Спектральная пропускная способность сферы NIST была точно определена, и была применена коррекция спектрального рассогласования.Ошибки из-за пространственной неоднородности чувствительности сферы, связанные с различиями в угловом распределении интенсивности светодиода, также были проанализированы для исправления или определения погрешности. Неопределенность (расширенная неопределенность, k = 2) для калибровки светового потока светодиодов в NIST обычно составляет 0,7% для белых светодиодов и от 1% до 3% для одноцветных светодиодов. Подробная информация о сфере NIST 2,5 м [8] и процедурах калибровки светодиода для светового потока доступны в справочных материалах [4,9]. Геометрия (а) рекомендуется для всех типов светодиодов, включая светодиоды с узким профилем луча или светодиоды с широким и обратным излучением.Эта геометрия должна использоваться для большинства 5-миллиметровых светодиодов эпоксидного типа, которые имеют обратное излучение. Геометрия (b) приемлема для светодиодов, не имеющих обратного излучения. Например, мощный светодиод, имеющий большой теплоотвод и отсутствие излучения в обратном направлении, можно измерить с помощью геометрии (b), в которой только головка светодиода вставлена ​​в сферу, а большой теплоотвод остается вне сферы. Интегрирующие сферы любой геометрии должны быть откалиброваны стандартным светодиодом общего светового потока, имеющим такое же угловое распределение интенсивности и спектральное распределение, что и тестовые светодиоды, подлежащие измерению, с внесением поправок на спектральное рассогласование по мере необходимости.Для светодиодов обычно используются интегрирующие сферы размером от 20 см до 50 см.

Общий световой поток светодиодов откалиброван в NIST с использованием системы интегрирующих сфер длиной 2,5 м, которая также используется для определения светового потока и калибровки традиционных ламп. Даже при очень большом размере сферы система сфер имеет достаточную чувствительность для измерения светового потока светодиодов. Система сфер 2,5 м использует метод абсолютной сферы, как показано на рисунке 3. Спектральная пропускная способность сферы NIST была точно определена, и была применена коррекция спектрального рассогласования.Ошибки из-за пространственной неоднородности чувствительности сферы, связанные с различиями в угловом распределении интенсивности светодиода, также были проанализированы для исправления или определения погрешности. Неопределенность (расширенная неопределенность, k = 2) для калибровки светового потока светодиодов в NIST обычно составляет 0,7% для белых светодиодов и от 1% до 3% для одноцветных светодиодов. Подробная информация о сфере NIST 2,5 м [8] и процедурах калибровки светодиода для светового потока доступны в справочных материалах [4,9].

Полный спектральный поток излучения

Интегрирующие сферы, оснащенные спектрорадиометром в качестве детектора сферы, как показано на Рисунке 4 (см. Журнал LpR), называемые сферическими спектрорадиометрами, все чаще используются для измерения светодиодов.Это удобный способ одновременного измерения фотометрических величин и величин цвета. Этот тип прибора измеряет общий спектральный поток излучения (единица измерения: Вт / нм), из которого получают общий световой поток, общий поток излучения и цветовые величины (пространственно интегрированные). Еще одно преимущество состоит в том, что общий световой поток можно измерить теоретически без погрешности спектрального рассогласования. При использовании матричного спектрорадиометра измерение может быть таким же быстрым, как и система сферического фотометра. Такие системы сферических спектрорадиометров необходимо калибровать по эталону полного спектрального потока излучения.

NIST недавно установил шкалу полного спектрального потока излучения для диапазона от 360 до 830 нм, используя систему гонио-спектрорадиометра, как показано на рисунке 5, и предлагает услуги по калибровке [10]. Шкала распространяется путем выпуска калиброванных эталонных ламп полного спектрального лучистого потока (кварцевые галогенные лампы мощностью 75 Вт) и калибровки ламп, представленных потребителями.

См. Рисунок 5 (см. Журнал LpR)

Общий поток излучения

Полный лучистый поток (единица измерения: ватт) — это спектрально и пространственно интегрированный полный лучистый поток источника.Мощность излучения и оптическая мощность также часто используются для одного и того же значения для светодиодов. Это количество необходимо для определения светодиодов в УФ- и ИК-диапазонах, а также полезно для одноцветных светодиодов, поскольку значения светового потока резко меняются в зависимости от максимальной длины волны даже в пределах одного и того же цветового диапазона, что затрудняет сравнение значений светового потока. Для светодиодов в видимой области общий лучистый поток может быть преобразован из значения светового потока и относительного спектрального распределения светодиода. Однако неопределенность увеличивается, особенно вблизи крыльев функции V ().NIST предоставляет услуги по калибровке полного лучистого потока светодиодов в диапазоне от 360 до 830 нм с использованием системы абсолютных сфер NIST 2,5 м, настроенной для режима полного спектрального лучистого потока, как показано на рисунке 6. Калибровка основана на спектральной энергетической освещенности NIST. шкала. Спектрорадиометр представляет собой тип ПЗС-матрицы и корректируется на спектральный паразитный свет [11]. Подробные сведения о калибровке полного лучистого потока см. В [12].

См. Рисунок 6 (см. Журнал LpR)

Количество цветов

Параметры цвета, такие как координаты цветности, доминирующая длина волны, коррелированная цветовая температура (для белых светодиодов) и индекс цветопередачи (для белых светодиодов), используются для определения цветовых характеристик светодиодов.Даже если используется спектрорадиометр, откалиброванный по национальным стандартам, погрешность измеренного цвета светодиодов часто неизвестна или неожиданно велика, и поэтому пользователям часто требуются эталонные светодиоды, откалиброванные в национальных лабораториях, для проверки точности измерений цвета светодиодов.

См. Рисунок 7 (см. Журнал LpR)

NIST разработал эталонный спектрорадиометр для измерения цвета светодиода (геометрия CIE Condition B), использующий монохроматор с двойной решеткой и оптической системой ввода излучения.Этот спектрорадиометр настроен на треугольную полосу пропускания шириной 2,5 нм (FWHM) и сканирование с интервалами 2,5 нм. Погрешности калибровки светодиодов для любого цвета находятся в пределах 0,001 цветности CIE (u ’, v’). На рисунке 7 показана оптическая конструкция системы спектрорадиометра NIST. Более подробную информацию об эталонном спектрорадиометре можно найти в ссылке [13].

В дополнение к направленной калибровке цвета, пространственно усредненные количества цветов светодиодов, интегрированные по всем углам излучения, доступны из измерения общего спектрального лучевого потока, как описано выше.Рекомендуется измерять белые светодиоды для получения пространственно усредненных значений, поскольку цвет имеет тенденцию смещаться с углом обзора. Усредненные по пространству цветовые величины измеряются в NIST с использованием описанной выше установки для полного лучистого потока. Калибровку направленного или усредненного по пространству количества цветов светодиодов можно получить в NIST.

Стратегия на стандартных светодиодах в калибровке NIST услуги

Некоторые службы калибровки NIST выдают откалиброванные артефакты, а другие калибруют артефакты, представленные клиентами.Мы решили не готовить и не выпускать «стандартные светодиоды», потому что существует так много типов светодиодов, и постоянно появляются новые типы светодиодов, и, таким образом, любой стандартный светодиод, который мы могли бы разработать, не удовлетворил бы многих клиентов и быстро устареет. Мы стремимся предоставлять калибровки для любого типа светодиодов, представленных нашими клиентами, которые затем могут использоваться в качестве эталонных стандартных светодиодов того типа, который требуется в лаборатории заказчика. Заказчики несут ответственность за обеспечение качества светодиодов, представленных в NIST для калибровки.Информация об услугах фотометрической калибровки NIST доступна на сайте [14] или у авторов.

Фотометрические величины | auersignal.com

При измерении освещенности различают различные фотометрические величины, с помощью которых можно оценивать свет. В следующей таблице представлен обзор наиболее важных фотометрических величин и единиц:

Свет состоит из фотонов, также называемых световыми частицами. Они путешествуют волнами и передают импульсы энергии. Свет создается при преобразовании энергии.Когда излучается видимый свет, это также называется люминесценцией. Насколько яркий и красочный человеческий глаз может воспринимать свет, зависит от длины волны излучения и интенсивности, с которой излучение попадает на сетчатку.

Короткие волны называются ультрафиолетовыми, а более длинные — инфракрасными.

Световой поток измеряется в люменах (аббревиатура лм). Люмен — это международно стандартизированная единица измерения светового потока источника света.Он показывает, сколько света испускает источник излучения во всех направлениях, поэтому он измеряет общий световой поток. Таким образом, люмены светильника дают информацию о его яркости. Одинаковые типы светильников можно сравнить по их мощности.

Однако разные лампы излучают разное количество света, поэтому их нельзя сравнивать по мощности. Для сравнения яркости разных ламп необходимо использовать световой поток.

Значение Люмен не учитывает ощущение яркости.На восприятие яркости дополнительно влияют угол луча и конструкция светильника. Кроме того, цветовая температура источника света и состояние окружающей среды играют роль в восприятии яркости.

Два примера типичных значений светового потока:

— Лампа накаливания с электрической мощностью 15 Вт: световой поток Φ = 90 лм
— Компактная люминесцентная лампа / энергосберегающая лампа: с электрической мощностью 15 Вт: световой поток Φ = 900 лм

Световая отдача — это мера, которая показывает, насколько эффективен источник света.Это отношение люменов к мощности или ваттам, поэтому оно измеряется в люменах на ватт (лм / Вт) в Международной системе единиц (СИ). Чем выше значение, тем эффективнее источник света.

Примерные значения светового потока:

Примеры световой отдачи различных ламп:

Сила света — это фотометрическая величина, которая описывает излучение света, излучаемого в определенном направлении.Поскольку поведение излучения оптического сигнального устройства определяется не только источником света, но и конструкцией куполов, сила света лучше всего подходит для характеристики сигнального эффекта оптических сигнальных устройств.

Сила света — одна из фотометрических величин. Он связывает световой поток с углом луча источника света. Таким образом, сила света показывает, насколько сконцентрирован свет или какую плотность имеет излучаемый свет.

Сила света выражается в канделах (кд).Например, сила света свечи составляет приблизительно одну канделу.

Сила света — важная величина для сравнения различных ламп. Лампы с одинаковым световым потоком могут иметь совершенно разную силу света из-за угла луча. Угол луча указывает угол, под которым лампа излучает свет.

Сила света или ее значение в канделах указывает, насколько интенсивно излучается свет.Чем более сфокусированным свет излучается, тем он интенсивнее. На схеме показаны две лампы с одинаковым световым потоком (люменом), но с разными углами луча. Сила света лампы с меньшим углом луча выше, чем у лампы с более широким углом луча.

Как вы измеряете силу света?

Чтобы определить силу света лампы, вам понадобятся световой поток и угол луча или телесный угол. Значение силы света или силы света указывается в канделах.Единицами светового потока являются люмены, для телесного угла — стерадианы.

Сила света [кд] = световой поток [лм] / телесный угол [ср].

Если телесный угол неизвестен, а известен только угол луча, его можно определить с помощью формулы преобразования:

Если расчет по приведенным выше формулам невозможен для лампы, можно провести измерение света. с интегрирующей сферой и спектрометром. Это создает кривую распределения силы света.Отсюда можно сделать выводы об интенсивности света.

Стандартная свеча, например, излучает силу света 1 кд, т. Е. Излучает около 12 люмен (лм) во всех направлениях.

Люкс предоставляет информацию об освещенности. Это мера яркости, с которой освещена область. Люкс показывает, сколько светового потока (люмен) источника света приходит на единицу площади поверхности приемника. Величина люкс — это просто величина приемника.

Освещенность рассчитывается по следующей формуле: Люкс [лк] = световой поток [лм] / площадь [м2].

Освещенность составляет 1 люкс, если световой поток в 1 люмен равномерно падает на площадь 1 м².

Другая формула для расчета освещенности на больших расстояниях выглядит следующим образом: Люкс [лк] = сила света [кд] / радиус или квадрат расстояния

Чем дальше зона от источника света, тем ниже освещенность. Определенное значение люкс может использоваться, чтобы определить, достаточно ли хорошо освещены определенные области.Например, есть требования трудового законодательства о том, насколько ярко должна быть освещена рабочая зона для сотрудников.

Что измеряет люксметр?

Люксметр измеряет освещенность (люкс). Значение указывает, насколько ярким оно является в точке измерения. Люксметр состоит из фотодатчика и дисплея. Фотодатчик обычно состоит из фотодиодов, которые обнаруживают свет. Затем на дисплее появляется измеренное значение люкс.

Термины люмен, кандела и люкс очень часто используются при измерении освещенности. Все они фотометрические величины. На следующей диаграмме показана взаимосвязь между тремя терминами.

Единица люмен — это общий световой поток светильника, излучаемый во всех направлениях. Однако, поскольку свет, излучаемый светильниками, излучается неравномерно во всех направлениях, сила света указывается в канделах. Это значение указывает, сколько света излучается в определенном направлении. В отличие от этих двух излучаемых величин, есть еще количество люксов приемника. Единица люкс измеряет не количество излучаемого света, а то, сколько излучаемого света достигает определенной поверхности.

Чтобы оценить яркость светильника или осветительного прибора, необходимо учитывать все три значения. Люмен и кандела указаны большинством производителей. Производители не могут указать значение в люксах, потому что это значение зависит от условий окружающей среды в области применения.

Телесный угол — это трехмерный размер светового конуса. Если светильник излучает свет, угол испускаемого света является трехмерным.Единицей телесного угла является стерадиан (ср). Сила света указывает количество света, которое источник света излучает на телесный угол.

Телесный угол рассчитывается делением площади (A) на радиус (r²).

Плотность яркости дает информацию о впечатлении от яркости светильника. Выражается в силе света на единицу площади (кд / м²). Плотность яркости описывает, насколько яркой нам кажется поверхность.На этот фактор также влияют другие обстоятельства, например состояние освещенной поверхности.

Цветовая температура лампы определяет, будет ли свет выглядеть теплым или холодным. Цветовая температура указывается в Кельвинах и может быть оценена по шкале. Чем ниже цветовая температура, тем теплее и темнее становится свет. Чем выше цветовая температура, тем холоднее и ярче свет.

Цветовая температура влияет на атмосферу в помещении.Для жилых комнат предпочтительна более низкая цветовая температура, для лабораторий или фабрик — свет с более высокой цветовой температурой. Шкала ниже показывает цветовую температуру и ее три диапазона: теплый белый, нейтральный белый и дневной белый.

Цветовую температуру можно измерить колориметром. Помимо цветовой температуры, индекс цветопередачи также важен для пространственной атмосферы.

Индекс цветопередачи, сокращенно CRI (индекс цветопередачи) или RA (общий справочный индекс), сообщает нам, какое качество имеет излучаемый свет.

Когда объект освещен, он излучает цвета. Излучаемый цвет определяется не только цветом самого объекта, но и источником света. Источник света излучает волны различной длины, которые поглощаются или отражаются освещаемым объектом. Те длины волн, которые соответствуют освещаемому объекту, отражаются, остальные поглощаются. Таким образом, индекс цветопередачи зависит от длины волны, излучаемой источником света.

Естественный солнечный свет имеет значение RA, равное 100, что также является самым высоким значением RA.Чем ближе значение RA к 100, тем выше качество освещения.

Коэффициент отражения указывает процент светового потока, падающего на поверхность, которая отражается. В зависимости от характера освещаемой поверхности свет отражается, поглощается или пропускается.

Если свет отражается, он отражается обратно. Зеркала имеют коэффициент отражения 1. Светлые поверхности имеют значение, близкое к 1, темные поверхности имеют значение ниже 0.1. В комнате с темными стенами требуется больше света, чем в комнате со светлыми стенами, чтобы создать достаточную освещенность на рабочей плоскости.

Примеры отражения от различных поверхностей:

• Белый потолок или стена отражает до 85% света,
• светлые деревянные панели до 50%,
• красные кирпичи до 25% и
• черный пол 0%.

Сила света и фотометрия

Обзор

Сила света — одна из семи основных величин, определенных Международной системой единиц , и по существу является мерой того, сколько света излучается источником света в заданном направлении.Это также фотометрический блок , что означает, что мы измеряем видимого света , используя параметры, определенные в соответствии с человеческим восприятием. На этой странице будет рассмотрен ряд фотометрических значений, способы их измерения и их взаимосвязь.

Фотометрия — это раздел науки, связанный с измерением яркости света с точки зрения человека , то есть видимого света .Его не следует путать с радиометрией , другой областью науки, связанной с измерением всего электромагнитного излучения (включая видимый свет). Фотометрия по существу измеряет яркость различных длин волн видимого света в зависимости от того, насколько чувствителен человеческий глаз к каждой длине волны.

Сила света — одна из семи основных единиц, определенных Международной системой единиц .Это мера мощности , взвешенной по длине волны, , излучаемой источником света в определенном направлении и с определенной частотой на единицу телесного угла (мы расширим это описание позже).

Используемая эталонная частота составляет 540 × 10 ¹² герц, что соответствует длине волны примерно пятьсот пятьдесят пять нанометров (555 нм) и помещает ее прямо в середину спектра видимого света.Обычно считается, что свет этой частоты и длины волны наиболее чувствителен для человеческого глаза. Единица измерения силы света в системе СИ — кандела (кд), которая формально определяется как:

«сила света в заданном направлении источника, который испускает монохроматическое излучение с частотой 540 × 10 ¹² герц и имеет силу излучения в этом направлении ¹ / ₆₈₃ ватт на стерадиан»

Видимый свет

Основным источником видимого света на Земле является Солнце.Примерно сорок четыре процента солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, составляет видимый свет. Для сравнения, только около десяти процентов энергии, излучаемой свечой, можно увидеть как видимый свет. Остальное выделяется в виде тепловой энергии (инфракрасное излучение). Солнечный свет важен, потому что он обеспечивает энергию, необходимую для фотосинтеза — химического процесса, который производит сахар (в форме крахмала) в зеленых растениях. Эти сахара потребляются другими живыми организмами, когда они поедают растения, и обеспечивают почти всю энергию, используемую всеми живыми организмами.

Когда мы говорим о видимом свете , мы обычно имеем в виду свет, который может быть обнаружен человеческим глазом, потому что этот «видимый свет» — это то, что позволяет нам видеть. Оценки диапазона длин волн, которые мы можем видеть, различаются, но нижний предел диапазона составляет около четыреста нанометров (400 нм), что соответствует частоте около семисот пятидесяти терагерц (750 × 10 ¹² Гц).Верхний предел диапазона составляет около семьсот нанометров (700 нм), что соответствует частоте около четыреста тридцать терагерц (430 × 10 ¹² Гц).

Длины волн от четырехсот нанометров до примерно десятков нанометров (10 нм) относятся к ультрафиолетовой части электромагнитного спектра (EM) . Эти длины волн не могут быть обнаружены фоторецепторами (известными как стержни и колбочки ) в светочувствительной части человеческого глаза (сетчатка , ), потому что они поглощаются прозрачной передней частью глаза ( роговица ) и внутреннюю линзу глаза.Если поглощается слишком много ультрафиолетового света, это может повредить глаз и даже вызвать слепоту.

Длины волн от четырехсот до семисот нанометров обнаруживаются человеческим глазом, потому что они проходят через роговицу и хрусталик и обладают достаточной энергией, чтобы вызвать крошечные химические изменения в светочувствительных стержнях и колбочках сетчатки. Эти химические изменения стимулируют выработку нервных импульсов, которые отправляются в зрительную кору головного мозга через зрительный нерв.

Длины волн от семисот нанометров до примерно одного миллиметра (1 мм) относятся к инфракрасной части ЭМ-спектра. Некоторые длины волн инфракрасного излучения поглощаются роговицей и внутренней линзой. Волны других длин инфракрасного излучения действительно достигают сетчатки, но не обладают достаточной энергией, чтобы вызвать химические изменения в сетчатке, которые могут вызвать нервные импульсы.

Видимый свет — лишь небольшая часть электромагнитного спектра.

Многие источники тепла излучают как инфракрасное излучение, так и видимый свет.Пиковые длины волн этих тепловых излучений становятся короче при повышении температуры. Вы можете увидеть эффект, когда кусок металла медленно нагревается. Сначала излучается только тепловое (инфракрасное) излучение. По мере того, как металл нагревается, пиковые длины волн перемещаются в видимую часть электромагнитного спектра, и можно увидеть слабое красное свечение.

При дальнейшем повышении температуры металла свечение становится все ярче и ярче, пока не станет почти белым.При очень высоких температурах он может даже стать бело-голубым, так как пиковые длины волн начинают перемещаться в ультрафиолетовую часть электромагнитного спектра.

Сначала, кроме луны и звезд, у наших предков не было другого источника света в темное время суток. Со временем человек научился разводить огонь и изобрел различные формы искусственного освещения, в том числе факелы, сжигающие смолу, свечи из воска или животного жира и масляные лампы.

Сегодня мы полагаемся на производство электроэнергии для освещения наших домов и рабочих мест. Большинство видов транспорта вырабатывают собственную электроэнергию для освещения навигации и удобства пассажиров. Даже велосипеды могут генерировать собственный свет, если оснащены динамо-машиной. И, конечно же, чтобы предотвратить перебои в подаче электроэнергии, у большинства из нас есть хотя бы один или два фонарика с батарейным питанием и запас свечей!

Фотометрические величины

Фотометрия использует множество различных единиц измерения яркости из-за разнообразия самих источников света.Некоторые источники света излучают свет одновременно во всех направлениях (например, лампочка), а некоторые фокусируют весь свой свет в одном направлении (например, фонарик).

Другие источники света можно увидеть только на темном фоне. Восприятие яркости также меняется с расстоянием, потому что свет распространяется по мере удаления от источника света. И, конечно же, свет отражается от разных поверхностей в разной степени и в разных направлениях, в зависимости от природы поверхности и угла, под которым свет падает на нее.

Таким образом, фотометрия — довольно сложный бизнес, и количество различных единиц, используемых для измерения фотометрических величин, является отражением этой сложности. В таблице ниже перечислены основные фотометрические величины и единицы, используемые для измерения яркости, и дано краткое описание каждой из них. Обратите внимание, что некоторые фотометрические величины имеют суффикс «v». Это сделано во избежание путаницы с радиометрическими величинами.

Функции светимости

Среднюю чувствительность человеческого глаза к разным длинам волн видимого света можно смоделировать с помощью одной из широко используемых функций светимости (или световой эффективности ).В зависимости от преобладающих условий используются разные функции, поскольку глаз по-разному реагирует на определенную длину волны в зависимости от того, насколько она светлая или темная.

При дневном свете или при достаточном искусственном освещении наше зрение считается фотопическим . Фотопическое зрение позволяет нам ясно видеть вещи и достаточно быстро обрабатывать визуальную информацию, которую мы получаем. Это также позволяет нам видеть цвета. В темноте или в условиях очень низкой освещенности наше зрение становится scotopic .Это означает, что мы теряем четкость зрения, и обработка визуальной информации занимает значительно больше времени. Мы также теряем способность видеть цвета.

Существует также третий тип зрения, называемый мезопическим зрением , который сочетает в себе элементы фотопического и скотопического зрения. Обычно мы используем эту третью форму зрения, когда еще не совсем темно или когда (например) нам приходится полагаться на уличное освещение.

Хотя фотометрия обычно основана на реакции глаза на источник света в хорошо освещенных условиях (т.е.е. ответ photopic ) был использован ряд различных функций яркости. Одна из причин этого заключается в том, что, как мы уже говорили, реакция глаза на разные длины волн будет различаться в зависимости от условий освещения, при которых она оценивается. Другая причина заключается в том, что такие измерения основаны на субъективных суждениях относительно того, какой из пары разноцветных огней ярче, чтобы определить относительную чувствительность человеческого глаза к разным длинам волн.

Чтобы уточнить, здесь мы не используем инструменты для измерения яркости источника света (то есть его фактической мощности излучения). Функция световой отдачи описывает средней спектральной чувствительности человека для человеческого зрительного восприятия яркости — другими словами, это мера того, насколько ярким «средний» человек воспринимает свет на определенной длине волны. Он основан на интерпретации ответов, полученных от людей в течение многих десятилетий, и исследования продолжаются.

Различные стандартные функции световой отдачи были опубликованы Международной комиссией по освещению (CIE) или Международной комиссией по освещению , давшей ему французское название. Эта организация, базирующаяся в Вене, является международным авторитетом в области света, освещения, цвета и цветовых пространств.

Мы будем рассматривать только две функции световой отдачи для целей этого обсуждения — функцию световой отдачи , которая лучше всего приближает реакцию человеческого глаза при дневном свете, и функцию световой отдачи , , которая отражает изменения в световой отдаче. реакция человеческого глаза при низком уровне освещенности.

Функция фотопической яркости

В условиях хорошего освещения чувствительность человеческого глаза к видимому свету на разных длинах волн лучше всего представлена ​​функцией яркости photopic . Первоначальная функция светоотдачи В, (λ) была предложена К.С. Gibson и E.P.T Tyndall Национального бюро стандартов США в 1923 году и принят CIE в 1924 году.

Функция моделирует отношение энергии источника света с длиной волны, к которой глаз наиболее чувствителен (λ _макс. ), к энергии источника света с длиной волны λ, которая вызывает такую ​​же реакцию у испытуемого. Функция была основана на данных испытаний, полученных в ряде различных лабораторий и с использованием ряда различных методов.

В функцию V (λ) были внесены различные изменения.Первое изменение произошло в 1951 году по предложению американского физика Д.Б. Джадд . Дальнейший пересмотр был предложен J. J. Vos из Instituut voor Zintuigfysiologie (Институт сенсорной физиологии) в Нидерландах в попытке исправить некоторые незначительные аномалии, внесенные предложением Джадда. Результат известен как модифицированный Джаддом-Восом CIE V (λ) , и полученная кривая проиллюстрирована ниже.

Новая функция световой отдачи V2 * (λ) была предложена в 2005 году Линдси Т.Sharpe и Andrew Stockman из Университетского колледжа Лондона, Wolfgang Jagla и Herbert Jägle из Eberhard-Karls-University, Германия. Авторы утверждают, что новая функция улучшает исходную функцию CIE 1924 V (λ) и ее последующие модификации.

Тестирование проводится на так называемых «стандартных наблюдателях». Обычно испытуемого — человека с нормальным зрением — просят сравнить яркость монохроматического источника света на эталонной длине волны пятьсот пятьдесят пять нанометров (длина волны, к которой глаз имеет наибольшую чувствительность. ) с яркостью второго монохроматического источника света, имеющего другую длину волны.

Эталонной длине волны (555 нм) соответствует нормализованное значение световой отдачи 1,0. Первоначально, даже если оба источника света будут иметь одинаковую интенсивность излучения , эталонная длина волны будет казаться ярче, потому что глаз более чувствителен к ней. Его яркость постепенно уменьшается до тех пор, пока испытуемый не покажет, что оба источника света имеют одинаковый уровень яркости. Затем доля, на которую была уменьшена яркость опорной длины волны, вычитается из 1.0, чтобы получить значение световой отдачи для второй длины волны. Для длин волн на обоих концах видимого спектра это значение будет стремиться к нулю.

Для получения значимых результатов большое количество «стандартных наблюдателей» необходимо протестировать во всем диапазоне видимых длин волн. Результаты для каждой длины волны усредняются, чтобы получить относительную чувствительность глаза к этой длине волны, и получается кривая световой отдачи, подобная показанной выше (эту кривую иногда называют кривой V-лямбда ).

Функция скотопической светимости

В условиях низкой освещенности чувствительность человеческого глаза к видимому свету на разных длинах волн изменяется и лучше всего представлена ​​функцией скотопической светимости . Это связано с тем, как работают палочки и колбочки в сетчатке глаза. Колбочки используются в основном для дневного зрения. Они не особенно чувствительны к изменениям уровня освещенности, но могут различать красные, синие и зеленые длины волн.

Жезлы играют преобладающую роль в ночном видении. Они гораздо более чувствительны к свету, чем колбочки (и их гораздо больше), но гораздо менее чувствительны к цвету. Их пиковая чувствительность в синей части спектра видимого света составляет пятьсот семь нанометров (507 нм), и они не особенно чувствительны к красному свету. Как следствие, кривая скотопической световой отдачи смещается в сторону синего конца спектра.Стандартная функция скотопической светимости V, ′ (λ) была принята CIE в 1951 году на основе измерений, полученных американскими учеными Джорджем Уолдом и B.H Crawford , как показано ниже.

Кривая скотопической световой эффективности была построена во многом так же, как и фотопическая кривая, путем тестирования большого количества субъектов во всем диапазоне видимых длин волн и усреднения результатов для каждой длины волны.Единственное отличие состоит в том, что эталонная длина волны установлена ​​на пятьсот семь нанометров (507 нм).

Интенсивность света

Сила света является мерой мощности , взвешенной по длине волны, излучаемой источником света в определенном направлении на единицу телесного угла . Чтобы полностью понять это определение, возможно, потребуется немного его разбить.Вероятно, нам следует начать с того, что сила света — это не то же самое, что сила излучения , сила излучения , хотя эти два понятия тесно связаны.

Интенсивность излучения измеряется как полная мощность излучения, излучаемая точечным источником на единицу телесного угла во всем электромагнитном спектре. Сила света применяется только к видимой части электромагнитного спектра и составляет воспринимаемой мощности на единицу телесного угла.

Наше восприятие яркости для данной длины волны будет зависеть от чувствительности глаза к этой длине волны. Как мы видели выше, чувствительность глаза к видимому свету достигает пика на длине волны пятьсот пятьдесят пять нанометров и может быть смоделирована с помощью функции яркости (или световой отдачи ). Это то, что мы имеем в виду, когда говорим о мощности , взвешенной по длине волны.

Другая вещь, которая может потребовать дальнейшего объяснения, — это то, что мы имеем в виду, когда говорим о единичном телесном угле (если вы достаточно хорошо знакомы с трехмерной геометрией, вы, вероятно, уже знакомы с этой концепцией).В двумерной геометрии мы часто говорим о радианах . Радиан — это угол, образуемый в центре круга дугой на окружности круга, имеющей ту же длину, что и радиус круга. Этот принцип проиллюстрирован ниже.