측광(광학)
Photometry (optics)측광학은 인간의 [1]눈에 대한 빛의 밝기 인식 측면에서 빛을 측정하는 과학이다.절대 전력 측면에서 복사 에너지(빛 포함)를 측정하는 과학인 방사선 측정과는 다르다.현대 측광학에서 각 파장의 복사 전력은 인간의 밝기 민감도를 모델링하는 광도 함수에 의해 가중됩니다.일반적으로 이 가중치 함수는 광학적 민감도 함수이지만, 스코스코픽 함수나 다른 기능도 동일한 방법으로 적용할 수 있다.
측광과 눈
인간의 눈은 가시광선의 모든 파장에 똑같이 민감하지 않다.측광학에서는 각 파장에서 측정된 전력에 해당 파장에서 눈이 얼마나 민감한지 나타내는 인자를 가중치함으로써 이를 설명하려고 합니다.파장의 함수로써 빛에 대한 눈의 반응의 표준화된 모델은 광도 함수에 의해 주어진다.눈은 밝은 조건(광시)과 어두운 조건(광시)에 적응할 때 파장의 함수로 다른 반응을 보인다.광도 측정은 일반적으로 눈의 광학적 반응에 기초하기 때문에 광도 측정이 달빛이나 [1]별빛 아래처럼 색을 식별할 수 없는 어두운 조명 조건에서는 선원의 인식된 밝기를 정확하게 나타내지 못할 수 있다.광시력은 평방미터당 3칸델라 이상의 휘도 수준에서 눈의 반응의 특징이다.2 × 10−5 cd/m2 이하에서 시야가 확보됩니다.중간 시력은 이러한 한계 사이에서 발생하며 스펙트럼 [1]반응에 대해 잘 특성화되지 않는다.
광도량
전자기 방사선의 영향 측정은 18세기 말에 연구 분야가 되었다.측정 기법은 연구 중인 효과에 따라 달라졌고 다른 명명법을 낳았다.온도계로 측정한 적외선 방사선의 총 가열 효과는 총 에너지와 전력 측면에서 방사선 측정 단위를 발전시켰다.검출기로서 인간의 눈을 사용하자 눈의 반응 특성에 따라 가중치가 부여되는 광도 측정 단위가 나왔다.자외선의 화학적 영향에 대한 연구는 초당 [1]광자로 표현되는 총 선량 또는 광자 단위로 특성화를 이끌었다.
광도 측정에는 다양한 측정 단위가 사용됩니다.사람들은 종종 왜 이렇게 많은 다른 단위가 필요한지 묻거나 변환할 수 없는 단위(예: 루멘이나 칸델라) 사이의 변환을 요구합니다.우리는 형용사 "heavy"가 근본적으로 다른 무게나 밀도를 나타낼 수 있다는 생각에 익숙하다.마찬가지로, "밝음"이라는 형용사는 높은 광속(루멘 단위로 측정)을 전달하는 광원 또는 매우 좁은 빔(칸델라)에 광속을 집중시키는 광원 또는 어두운 배경에 보이는 광원을 나타낼 수 있다.빛이 3차원 공간을 통해 전파되는 방식 - 확산, 집중, 반짝이는 표면 또는 무광 표면에서 반사되는 방식 - 그리고 빛은 많은 다른 파장으로 구성되기 때문에, 만들어질 수 있는 근본적으로 다른 종류의 빛의 측정의 수가 많고, 수량과 수량도 마찬가지입니다.그들을 대표하는 단위들.
예를 들어, 사무실은 일반적으로 여러 개의 움푹 들어간 형광등으로 "밝게" 조명되어 높은 광속(light flux)을 조합합니다.레이저 포인터는 매우 낮은 광속(실을 비추지 못함)을 가지고 있지만 한 방향에서는 눈부시게 밝습니다(그 방향에서는 높은 광도).
양 | 구성 단위 | 치수 | 메모들 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
이름. | 기호[nb 1] | 이름. | 기호. | 기호[nb 2] | ||||
발광 에너지 | Qv[nb 3] | 루멘초 | lm440s | T J | 루멘 세컨드는 때때로 탈봇이라고 불린다. | |||
광속, 광력 | Φv[nb 3] | 루멘(= 칸델라 스테라디안) | lm(= cd440sr) | J | 단위시간당 발광에너지 | |||
광도 | Iv | 칸델라(= 스테라디안 당 루멘) | cd (= lm/sr) | J | 단위 고체 각도당 광속 | |||
휘도 | Lv | 평방미터당 칸델라 | cd/m2 (= lm/(sr440m2)) | L−2J | 단위 투영 소스 면적당 단위 고체 각도당 광속.평방미터 당 칸델라는 때때로 니트로 불린다. | |||
조도 | Ev | 럭스(= 평방미터당 루멘) | lx(= lm/m2) | L−2J | 표면에 입사하는 광속 | |||
광출구, 광방출 | Mv | 평방미터당 루멘 | lm/m2 | L−2J | 표면에서 방출되는 광속 | |||
발광 노출 | Hv | 럭스 세컨드 | lx440s | L−2T J | 시간 적분 조도 | |||
발광 에너지 밀도 | ωv | 입방미터당 루멘초 | lm440s/m3 | L−3T J | ||||
(방사선의) 발광 효과 | K | 와트당 루멘 | 하드웨어 | M−1L−2T3J | 광속 대 광속 비율 | |||
광원의 발광 효과 | η[nb 3] | 와트당 루멘 | 하드웨어 | M−1L−2T3J | 소비 전력에 대한 광속 비율 | |||
발광 효율, 발광 계수 | V | 1 | 가능한 최대 효과로 정규화된 발광 효과 | |||||
참고 항목: SI · 측광 · 방사선 측정 · (비교) |
광도 대 방사선량
광도 및 방사선량이라고 하는 두 가지 양의 병렬 시스템이 있습니다.한 시스템의 모든 수량은 다른 시스템의 수량과 유사합니다.병렬 수량의 예는 다음과 같습니다.[1]
광도 측정량에서는 모든 파장이 인간의 눈에 얼마나 민감한지에 따라 가중치가 부여되며, 방사 측정량에서는 가중치가 없는 절대 전력을 사용한다.예를 들어, 눈은 빨간색보다 녹색 빛에 훨씬 더 강하게 반응하기 때문에 녹색 소스는 같은 복사 플럭스를 가진 빨간색 소스보다 더 큰 광 플럭스를 가집니다.가시 스펙트럼을 벗어난 복사 에너지는 광도계에 전혀 기여하지 않으므로 예를 들어 1000와트 우주 히터는 많은 복사 플럭스(실제로 1000와트)를 발생시킬 수 있지만 광원으로서는 루멘을 거의 발생시키지 않습니다(에너지 대부분이 적외선에 있고 가시광선에 희미한 붉은 빛만 남습니다).
양 | 구성 단위 | 치수 | 메모들 | |||||
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이름. | 기호.[nb 4] | 이름. | 기호. | 기호. | ||||
복사 에너지 | Qe[nb 5] | 줄 | J | MlLtT2−2 | 전자기 방사 에너지 | |||
복사 에너지 밀도 | we | 입방미터당 줄 | J/M3 | MlLtT−1−2 | 단위 볼륨당 복사 에너지. | |||
복사 플럭스 | Φe[nb 5] | 와트 | W = J/s | MlLtT2−3 | 단위 시간당 방출, 반사, 송신 또는 수신된 복사 에너지.이것은 때때로 "방사능력"이라고도 불리며 천문학에서는 광도라고 불립니다. | |||
스펙트럼 플럭스 | Φe,ν[nb 6] | 와트/헤르츠 | W/Hz | MlLtT2−2 | 단위 주파수 또는 파장당 복사 플럭스.후자는 일반적으로 Wµnm−1 단위로 측정됩니다. | |||
Φe,λ[nb 7] | 미터당 와트 | W/m | MlLtT−3 | |||||
복사 강도 | Ie, δ[nb 8] | 스테라디안당 와트 | W/sr | MlLtT2−3 | 단위 고체 각도당 방출, 반사, 송신 또는 수신된 복사 플럭스.이것은 방향수량입니다. | |||
스펙트럼 강도 | Ie, ω, e[nb 6] | 스테라디안당 와트/헤르츠 | WµsrµHz−1−1 | MlLtT2−2 | 단위 주파수 또는 파장당 복사 강도.후자는 일반적으로 W'sr−1'nm−1 단위로 측정됩니다.이것은 방향수량입니다. | |||
Ie, ω, e[nb 7] | 스테라디안 당 와트/미터 | W−1 wsrµm−1 | MlLtT−3 | |||||
광휘도 | Le, δ[nb 8] | 스테라디안당 평방미터당 와트 | W−1 wsrµm−2 | MtT−3 | 표면에 의해 방출, 반사, 투과 또는 수신되는 복사 플럭스(단위 투영 면적당 단위 고체 각도당).이것은 방향수량입니다.이것은 때때로 혼란스럽게 "강도"라고도 불립니다. | |||
스펙트럼 광도 | Le, ω, e[nb 6] | 스테라디안당 평방미터당 헤르츠당 와트 | WµsrµmµHz−1−2−1 | MtT−2 | 단위 주파수 또는 파장당 표면의 광도.후자는 일반적으로 W'sr−1'm−2'nm−1 단위로 측정됩니다.이것은 방향수량입니다.이것은 때때로 혼란스럽게 "스펙트럼 강도"라고도 불립니다. | |||
Le, ω, e[nb 7] | 평방미터당 스테라디안당 와트, 미터당 | W−1 wsrµm−3 | MlLtT−1−3 | |||||
방사 조도 플럭스 밀도 | Ee[nb 5] | 평방미터당 와트 | W/m2 | MtT−3 | 단위 면적당 표면이 받는 복사 플럭스입니다.이것은 때때로 혼란스럽게 "강도"라고도 불립니다. | |||
스펙트럼 조사 강도 스펙트럼 플럭스 밀도 | Ee,120[nb 6] | 평방미터당 와트/헤르츠 | WµmµHz−2−1 | MtT−2 | 단위 주파수 또는 파장당 표면의 조사 강도.이것은 때때로 혼란스럽게 "스펙트럼 강도"라고도 불립니다.스펙트럼 플럭스 밀도의 비 SI 단위에는 얀스키(1 Jy = 10−26 WµmµHz−2−1)와 태양 플럭스 단위(1 sfu = 10−22 WµmµHz−2−1 = 104 Jy)가 포함된다. | |||
Ee,120[nb 7] | 평방미터당 와트, 미터 당 와트 | W/m3 | MlLtT−1−3 | |||||
전파성 | Je[nb 5] | 평방미터당 와트 | W/m2 | MtT−3 | 단위 면적당 표면을 떠나는(방출, 반사 및 투과) 복사 플럭스.이것은 때때로 혼란스럽게 "강도"라고도 불립니다. | |||
스펙트럼 방사성 | Je,120[nb 6] | 평방미터당 와트/헤르츠 | WµmµHz−2−1 | MtT−2 | 단위 주파수 또는 파장당 표면의 방사선성.후자는 일반적으로 WΩnm−2−1 단위로 측정됩니다.이것은 때때로 혼란스럽게 "스펙트럼 강도"라고도 불립니다. | |||
Je,120[nb 7] | 평방미터당 와트, 미터 당 와트 | W/m3 | MlLtT−1−3 | |||||
복사 출구 | Me[nb 5] | 평방미터당 와트 | W/m2 | MtT−3 | 단위 면적당 표면에 의해 방출되는 복사 플럭스.이것은 방사성의 성분입니다."방사성 방출"은 이 양을 나타내는 오래된 용어입니다.이것은 때때로 혼란스럽게 "강도"라고도 불립니다. | |||
스펙트럼 이탈 | Me,120[nb 6] | 평방미터당 와트/헤르츠 | WµmµHz−2−1 | MtT−2 | 단위 주파수 또는 파장당 표면의 복사 출구.후자는 일반적으로 WΩnm−2−1 단위로 측정됩니다."스펙트럼 방사량"은 이 양을 나타내는 오래된 용어입니다.이것은 때때로 혼란스럽게 "스펙트럼 강도"라고도 불립니다. | |||
Me,120[nb 7] | 평방미터당 와트, 미터 당 와트 | W/m3 | MlLtT−1−3 | |||||
방사 노출 | He | 평방미터당 줄 | J/M2 | MtT−2 | 단위 면적당 표면이 받는 복사 에너지 또는 조사 시간에 걸쳐 통합된 표면의 등가 복사 강도.이것은 때때로 "방사성 플루언스"라고도 불립니다. | |||
스펙트럼 노출 | He,120[nb 6] | 평방미터/헤르츠당 줄 | ⋅mhzHz−2−1 | MtT−1 | 단위 주파수 또는 파장당 표면의 복사 노출.후자는 일반적으로 J'm−2'nm−1 단위로 측정됩니다.이것은 때때로 "스펙트럼 플루언스"라고도 불립니다. | |||
He,120[nb 7] | 평방미터당 줄 | J/M3 | MlLtT−1−2 | |||||
반구 방사율 | ε | — | 1 | 표면과 같은 온도에서 흑체의 표면으로 나눈 표면의 복사 출구. | ||||
스펙트럼 반구 방사율 | εν 또는 ελ | — | 1 | 표면과 동일한 온도에서 흑체의 표면으로 나눈 표면의 스펙트럼 이탈. | ||||
방향 방사율 | εΩ | — | 1 | 표면에서 방출되는 광도를 해당 표면과 동일한 온도에서 흑체가 방출하는 광도로 나눈 값입니다. | ||||
스펙트럼 방향 방사율 | εω, ν 또는 εω, λ | — | 1 | 표면에서 방출되는 스펙트럼 광도를 해당 표면과 동일한 온도의 흑체 광도로 나눈 값입니다. | ||||
반구 흡수율 | A | — | 1 | 표면이 흡수하는 복사 플럭스로, 해당 표면이 받는 것으로 나눕니다.이것은 "흡수"와 혼동해서는 안 된다. | ||||
스펙트럼 반구 흡수율 | Aν 또는 Aλ | — | 1 | 표면이 흡수하는 스펙트럼 플럭스로, 해당 표면이 받는 것으로 나눕니다.이를 "스펙트럼 흡광도"와 혼동해서는 안 된다. | ||||
방향 흡광도 | AΩ | — | 1 | 표면에 흡수된 광도를 해당 표면에 입사한 광도로 나눈 값입니다.이것은 "흡수"와 혼동해서는 안 된다. | ||||
스펙트럼 방향 흡광도 | Aω, ν 또는 Aω, λ | — | 1 | 표면에 흡수된 스펙트럼 방사 광도를 해당 표면에 입사하는 스펙트럼 방사 광도로 나눈 값.이를 "스펙트럼 흡광도"와 혼동해서는 안 된다. | ||||
반구 반사율 | R | — | 1 | 표면에 반사된 복사 플럭스로, 해당 표면에 의해 수신된 것으로 나눕니다. | ||||
스펙트럼 반구 반사율 | Rν 또는 Rλ | — | 1 | 표면에 반사된 스펙트럼 플럭스로, 해당 표면에 의해 수신된 것으로 나눕니다. | ||||
방향 반사율 | RΩ | — | 1 | 표면에 반사된 광도를 해당 표면에 의해 수신된 광도로 나눈 값입니다. | ||||
스펙트럼 방향 반사율 | Rω, ν 또는 Rω, λ | — | 1 | 표면에서 반사된 스펙트럼 방사도를 해당 표면에서 수신한 것으로 나눈 값입니다. | ||||
반구 투과율 | T | — | 1 | 표면에 의해 전달되는 복사 플럭스로, 해당 표면에 의해 수신된 것으로 나눕니다. | ||||
스펙트럼 반구 투과율 | Tν 또는 Tλ | — | 1 | 표면에 의해 전달되는 스펙트럼 플럭스로, 해당 표면에 의해 수신된 것으로 나눕니다. | ||||
방향 투과율 | TΩ | — | 1 | 표면에 의해 전달되는 광도를 해당 표면에 의해 수신된 광도로 나눈 값입니다. | ||||
스펙트럼 방향 투과율 | Tω, ν 또는 Tω, λ | — | 1 | 표면에 의해 전달되는 스펙트럼 복사 강도를 해당 표면에 의해 수신된 것으로 나눈 값입니다. | ||||
반구 감쇠 계수 | μ | 역계 | 마−1 | L−1 | 단위 길이당 부피로 흡수 및 산란된 복사 플럭스를 해당 부피로 나눈 값입니다. | |||
스펙트럼 반구 감쇠 계수 | μν 또는 μλ | 역계 | 마−1 | L−1 | 흡수 및 산란된 스펙트럼 복사 플럭스를 단위 길이당 부피로 나눈 값. | |||
방향 감쇠 계수 | μΩ | 역계 | 마−1 | L−1 | 단위 길이당 볼륨으로 흡수 및 산란된 광도를 해당 볼륨으로 받은 광도로 나눈 값입니다. | |||
스펙트럼 방향 감쇠 계수 | μω, ν 또는 μω, λ | 역계 | 마−1 | L−1 | 단위 길이당 부피로 흡수 및 산란된 스펙트럼 방사 광도를 해당 부피로 받은 것으로 나눈 값. | |||
참고 항목: SI · 방사선 측정 · 측광 · (비교) |
와트 대 루멘
와트는 복사 플럭스의 단위이고 루멘은 발광 플럭스의 단위입니다.와트와 루멘의 비교는 방사선 측정 단위와 광도 측정 단위 간의 차이를 보여줍니다.
와트는 전력의 단위입니다.우리는 전구를 와트 단위로 생각하는 것에 익숙하다.이 전력은 광출력의 양을 측정하는 것이 아니라 전구가 소비하는 에너지의 양을 나타냅니다."일반 서비스"를 위해 판매되는 백열전구는 모두 매우 유사한 특성(동일한 스펙트럼 전력 분포)을 가지고 있기 때문에, 전력 소비량은 백열전구의 광출력에 대한 대략적인 지침을 제공합니다.
와트는 출력을 직접 측정할 수도 있습니다.방사선 측정 측면에서 백열 전구는 약 80% 효율입니다. 즉, 에너지의 20%가 손실됩니다(예: 램프 베이스를 통한 전도).나머지는 주로 적외선으로 방사된다.따라서 60와트 전구는 약 45와트의 총 방사 플럭스를 방출합니다.백열전구는 사실 열원으로 사용되기도 하지만(병아리 인큐베이터에서처럼) 빛을 제공하는 용도로 사용됩니다.방사 에너지의 대부분이 눈에 보이지 않는 적외선이기 때문에 매우 비효율적입니다.소형 형광 램프는 60와트 백열등에 버금가는 빛을 제공하면서도 15와트 정도의 전력을 소비할 수 있습니다.
루멘은 광출력의 광도 단위입니다.대부분의 소비자들은 여전히 전구에 의해 소비되는 전력의 관점에서 빛을 떠올리지만, 미국에서는 수십 년 동안 전구 포장이 루멘 단위로 출력을 제공하는 것이 무역의 요구 사항이었다.60와트 백열전구의 패키지는 15와트 소형 형광체의 패키지와 마찬가지로 약 900루멘을 제공한다는 것을 나타냅니다.
루멘은 1개의 칸델라 강도에 의해 스테라디안 1개에 주어지는 빛의 양으로 정의된다. 반면, 기본 SI 단위인 칸델라는 단색 방사원의 발광 강도로 정의되며 주파수 540 테라헤르츠, 스테라디안 당 1/683와트의 복사 강도로 정의된다(540THz는 약 555나노미터, th에 해당한다).사람의 눈이 가장 민감하게 반응하는 녹색 파장.1/683이라는 숫자는 칸델라를 표준 촛불과 거의 같게 만들기 위해 선택되었습니다.
이러한 정의를 종합하면, 1/683와트의 555나노미터 녹색 빛이 하나의 루멘을 제공한다는 것을 알 수 있습니다.
와트와 루멘의 관계는 단순한 스케일링 계수만이 아닙니다.60와트 백열전구와 15와트 소형 형광등 모두 900루멘을 공급할 수 있기 때문입니다.
정의에 따르면 순수 녹색 555 nm 빛 1와트는 683 루멘의 "가치"가 있습니다.다른 파장에 대해서는 아무 말도 하지 않습니다.루멘은 광도 단위이기 때문에 와트와의 관계는 파장의 가시성에 따라 달라집니다.예를 들어, 적외선과 자외선은 눈에 보이지 않고 세지 않는다.1와트의 적외선 방사선은 0루멘의 가치가 있다.가시 스펙트럼 내에서 빛의 파장은 "광학 스펙트럼 발광 효율"이라고 불리는 기능에 따라 가중치가 부여됩니다.이 기능에 따르면 700nm 적색광은 555nm 녹색광보다 0.4% 정도 효율이 높다.따라서 700nm의 적색광 1와트는 2.7루멘에 불과합니다.
이 가중치의 일부인 전자파 스펙트럼의 시각적 부분에 대한 합 때문에 "루멘" 단위는 색맹이다. 루멘이 어떤 색으로 나타날지 알 수 있는 방법이 없다.이것은 식료품을 봉지 수로 평가하는 것과 같습니다. 구체적인 내용에 대한 정보는 없고, 단지 총 가중 수량을 나타내는 숫자입니다.
광도 측정 기술
광도 측정은 빛에 노출되었을 때 전기 신호를 생성하는 (여러 유형의) 광검출기인 광검출기를 기반으로 합니다.이 기술의 간단한 적용에는 주변 조도 조건에 따라 조명기구를 켜고 끄는 것, 그리고 한 점에 입사하는 총 광량을 측정하는 데 사용되는 광도계 등이 있습니다.
조명 업계에서는 보다 복잡한 형태의 광도 측정이 자주 사용됩니다.구형 광도계는 램프가 생성하는 방향 광속을 측정하는 데 사용할 수 있으며 램프가 중앙에 장착된 대직경 지구본으로 구성됩니다.광전지는 램프 주위를 세 축으로 회전하며 램프의 출력을 모든 측면에서 측정합니다.
램프와 조명 기구는 광전지를 점원으로 간주할 수 있을 만큼 충분한 거리에 고정시키는 고니오도미터와 회전 미러 광도계를 사용하여 테스트합니다.회전식 미러 광도계는 전동식 미러 시스템을 사용하여 조명기구에서 나오는 빛을 모든 방향으로 반사하고, 고니오 광도계는 회전식 2축 테이블을 사용하여 광전지에 대한 조명기구의 방향을 변경합니다.어느 경우든 발광 강도는 이 데이터에서 표화되어 조명 설계에 사용된다.
SI 이외의 측광 장치
휘도
조도
「 」를 참조해 주세요.
메모들
- ^ 표준 기구들은 방사선량 또는 광자량과의 혼동을 피하기 위해 광도량에는 첨자 "v"("시각적"의 경우)를 붙일 것을 권고한다.예: USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967 조명 엔지니어링용 USA 표준 문자 기호
- ^ 이 열의 기호는 치수를 나타냅니다. "L", "T" 및 "J"는 각각 길이, 시간 및 광도를 나타내며, 단위 리터, 테슬라 및 줄의 기호가 아닙니다.
- ^ a b c 가끔 나타나는 대체 기호: W는 발광 에너지, P 또는 F는 발광 플럭스, source는 광원의 발광 효율입니다.
- ^ 표준 기구들은 광도계량 또는 광자량과의 혼동을 피하기 위해 방사선량에는 접미사 "e"를 붙일 것을 권고한다.
- ^ a b c d e 때때로 나타나는 대체 기호: 복사 에너지의 경우 W 또는 E, 복사 플럭스의 경우 P 또는 F, 복사 조도의 경우 I, 복사 출구의 경우 W.
- ^ a b c d e f g 단위 주파수당 주어진 스펙트럼 양은 접미사 "θ"(그리스어)로 표시되며, 광도 측정량을 나타내는 접미사 "v"(시각적)와 혼동해서는 안 된다.
- ^ a b c d e f g 단위 파장당 주어진 스펙트럼 양은 접미사 "θ"(그리스어)로 표시됩니다.
- ^ a b 방향량은 접미사 "δ"(그리스어)로 표시됩니다.
레퍼런스
- ^ a b c d e Bass, Michael, ed. (1995). Handbook of Optics: Volume II – Devices, Measurements and Properties (2nd ed.). McGraw-Hill. pp. 24-40–24-47. ISBN 978-0-07-047974-6.
외부 링크
- 측광(nist.gov) (표준)
- 방사선 측정 및 측광 FAQ Jim Palmer 교수의 방사선 측정 FAQ 페이지(애리조나 대학)(아카이브)
- 광도 측정량 시각화 및 계산 - Java 실행 파일 JAR