دسته بندی محصولات
روشنایی

روشنایی چیست ؟

روشنایی چیست و چگونه اندازه گیری می‌شود؟

به استاندارد های اولیه برای دیدن و برخورد نکردن با اجسام روشنایی ( illuminance ) می‌گویند. در یک منزل مسکونی و یا یک دفتر اداری نیاز به روشنایی با درجه خاصی است که حداکثر بازدهی را داشته باشد.

برای تامین این روشنایی از انواع روشنایی های سقفی و دیواری ، COB و SMD استفاده می‌شود اما قسمت مهم و فیزیکی این انتخاب ، پیدا کردن مقدار روشنایی مورد نیاز است. در ادامه ی این مطلب به تعریف فیزیکی روشنایی و فرمول های لازم برای بدست آوردن مقدار روشنایی می‌پردازیم.

روشنایی یا فتومتری از دو جنبه رویتی و انرژیتیک قابل اندازه گیری است.

کمیت های رویتی جنبه قراردادی دارند و متناسب با مقادیر کمیت ها در مقیاس فیزیکی هستند و استفاده آنها در مباحث اندازه گیری ، طراحی نور و برنامه های نورپردازی است.

کمیت های انرژیتیک که نام دیگرشان کمیت های مطلق است مربوط به کمیت های فیزیکی می‌شوند یعنی ماهیت فیزیکی روشنایی در این کمیت ها مورد بررسی قرار می‌گیرند و با روابط ریاضی رابطه مستقیم دارند.

در فتومتری اولیه یا همان رویتی ، چشم انسان نقش اولیه دارد ولی از آنجا که چشم انسان قادر به اندازه گیری نیست و دچار خطا می‌شود باید از تنها راه یعنی مقایسه‌ی یک منبع مرجع با کمیتی مجهول اندازه گیری را انجام داد.

اندازه گیری شار نوری لامپ

برای اندازه گیری شار نوری یک لامپ از کره اولبریخت استفاده می‌شود. این مقایسه با یک لامپ استاندارد مرجع که تمام پارامتر های آن کامل و دقیق محاسبه شده است انجام می‌گیرد و از اطلاعات آن به عنوان اطلاعات پایه استفاده می‌شود.

کره اولبریخت یک کره بزرگ توخالی است که تمام سطح داخلی آن با رنگ سفید پوشیده شده است و نور را به طور کامل پخش می‌کند. لامپ تحت آزمایش را درون کره آویزان می‌کنیم و با قرار دادن یک مانع از تابش مستقیم نور به قسمتی کوچک از سطح داخلی کره جلوگیری می‌کنیم که سنسور در پشت آن قرار دارد. در این حالت می‌توان نشان داد که شدت روشنایی منعکس شده از سطح داخلی کره با شار نوری لامپ متناسب است و با اندازه گیری این شدت روشنایی می‌توان کل شار نوری را محاسبه کرد.

مبانی تبدیلات کمیت های انرژیتیک و رویتی

اولین مفهوم این سیستم توان نوری منبع است که واحد آن وات (watt) است و با حرف اختصاری W نمایش داده می‌شود و سایر مقیاس‌ها بر اساس توان نوری و تابش آن روی سطح تعریف می‌شوند.

تعاریف مربوط به تابش نور شامل تمام طول موج های مختلف ، طیف های نور مرئی و نسبتی از حداکثر تابش ممکن منابع است.

رابطه کارایی استاندارد طیفی منبع : 

*  Φv : شار نوری (lm)  |   : حداکثر بازدهی طیفی منبع(lm/w)   |   : توان نوری در طول موج (w/nm)  |   : کارایی طیفی منبع*

رابطه بالا یک رابطه کلی برای بدست آوردن شار نوری کل در تمام حالت ها است که شامل کره فتومتریک و گونیو فوتومتریک و … است.

در این تعریف یک سمت شار نوری منبع و سمت دیگر تابش نور دریافتی و درک شده توسط چشم است ؛ یعنی یک رابطه بین منبع نور و منبع دریافت که همان چشم باشد وجود دارد که این رابطه باید در محدوده ای خاص و در نور مرئی اندازه گیری شود تا منبع دریافت کننده از آن درک و حسی داشته باشد..

برای درک بهتر رابطه ی بالا نیاز است تا با دو تعریف زیر آشنا شویم :

دید شب یا SCOTOPIC : در تاریکی درک رنگ اهمیت زیادی ندارد سلول های استوانه ای به خوبی کار می‌کنند ، بیشترین حساسیت درک طیفشان در طول موج ۵۰۷ نانومتر است. تشخیص رنگ توسط چشم در شار نوری پایین امکان پذیر نیست و درک نور در این قسمت توسط گیرنده های میله ای چشم باید در زاویه تابش ۱۰ تا ۲۰ درجه نسبت به خط عمود بر سطح به صورت سایه روشن قرار بگیرند. اینن محدوده را دید شب می‌نامند.

دید روز یا PHOTOPIC : در شار نوری بالا سلول های مخروطی چشم وظیفه تشخیص رنگ را دارند و از حساسیت کمتری نسبت به سلول های میله ای دارند. بیشترین حساسیت طیفی سلول های مخروطی در طول موج ۵۵۵ نانومتر است.

روشنایی
نمودار دید روز و شب
نمودار CIE

برای بدست آوردن بیشترین بازدهی درک نور در طول موج های مختلف از منحنی کمیسیون بین المللی استاندارد CIE استفاده می‌کنیم.

ما اغلب درعلم نورپردازی از تابع پاسخ به نور فتوپیک (دید در روز) به عنوان مبنا و پایه محاسبات روشنایی استفاده می‌کنیم. این موضوع باعث می شود فقط پاسخ چشم به نور روز را در این محاسبات در نظر بگیریم. بنابراین در رابطه انتگرالی بالا شرایط دید روز مقدار حداکثری بازدهی طیف در محدوده نور مرئی (۳۸۰ تا ۷۷۰ نانومتر) است.

با توجه به محدوده دید در روز و شب و با قرار دادن رابطه بالا در سیستم بین المللی SI مقدار حداکثری بازدهی طیف سطح روشنایی روز (فتوپیک) ۶۸۳ و تاریکی شب (اسکوتوپیک)۱۷۰۰ لومن بر وات است.

حل انتگرال بالا که برحسب λ است کمی مشکل است ولی می‌توان برای کوچک کردن بازه بجای از استفاده کرد و رابطه انتگرالی بالا را بصورت مجموع مقادیر نوشت و به این صورت ساده کرد :

از عبارت بالا بدست می‌آید که هر لومن برابر است با  وات در طول موج ۵۵۵ نانومتر است و تابش ساطع شده به ازای هر ۱ وات در طول موج فتوپیک ، تقریبا معادل ۶۸۳ لومن است.

بر اساس این تعریف :

  1. چگالی شار نوری(مشتق مقدار انرژی نورانی منبع نسبت به حجم واحد)
  2. شدت نور منبع(مشتق شار نوری به چگالی)
  3. درخشندگی منبع نور(مشتق دوم شار نوری نسبت به چگالی نور و مساحت منبع در عکس کسینوس زاویه تابش)
  4. خروجی شار نوری (مشتق شار نوری منبع به سطح منبع قرار دارد.)