Fotometriset suureet symboleineen ja yksikköineen

Fotometriset suureet kuvaavat valoa sellaisena kuin ihmissilmä sen havaitsee: säteilyä painotetaan silmän valotehokkuusfunktiolla V(λ) näkyvän spektrin alueella noin 380–780 nm. Neljä perussuuretta ovat valovirta Φ lumeneina, valaistusvoimakkuus E lukseina, luminanssi L ja valovoima I. Tätä alaa kutsutaan fotometriaksi; sen energeettiset vastineet ovat radiometriset suureet.

Valaistustekniikka ja fotometriset suureet muodostavat perustan valon ja UV-säteilyn ymmärtämiselle ja soveltamiselle tieteellisissä, teollisissa ja arkipäivän yhteyksissä.

Valo on sähkömagneettisen säteilyn näkyvä muoto, joka sijaitsee näkyvän spektrin alueella noin 380–780 nanometrin välillä.

Valaistustekniikka käsittelee valon tuottamista, jakamista ja soveltamista tiettyjen visuaalisten vaikutusten aikaansaamiseksi, energian käytön tehostamiseksi ja elämänlaadun parantamiseksi. Näitä suureita kutsutaan myös fotometrisiksi suureiksi. Tätä erikoisalaa kutsutaan fotometriaksi.

Seuraava kaavio esittää neljä fotometristä suuretta. Taulukko sisältää kunkin suureen visuaalisen esityksen, matemaattisen määritelmän, yksikön ja lyhyen selityksen.

1. Valovirta Φ
2. Valaistusvoimakkuus E
3. Luminanssi L
4. Valovoima I

Taulukko ladattavaksi: Valotekniset suureet ja yksiköt (XLSX) – muuntokertoimineen, tunnuksineen ja avaruuskulmineen. Energeettiset vastineet on lueteltu kohdassa radiometriset suureet, väriin liittyvät kohdassa kolorimetriset suureet. Kaikki suureet yhdessä – tunnuksineen, yksiköineen ja niihin sopivine laskureineen – löytyvät optisten suureiden sanastosta.

Valotusarvo H_v – valaistusvoimakkuus kerrottuna ajalla – on ainoa viidestä suureesta, jolla ei ole omaa osiotaan tällä sivulla: se esiintyy ennen kaikkea fotostabiilisuustesteissä, joissa ICH Q1B edellyttää arvoa 1,2 miljoonaa lux·h. Määritelmä ja rajaus löytyvät optisten suureiden sanastosta.

Valovirta

Valovirta on fotometrinen suure, joka kuvaa valonlähteen kaikkiin suuntiin lähettämää näkyvän valon kokonaistehoa. Se mitataan lumeneina (lm). Valovirta ilmaisee, kuinka paljon valoenergiaa lähde lähettää aikayksikössä, ja se on valonlähteen kirkkauden mitta.

• Tunnus: Φ
• Yksikkö: lumen, lm
• Määritelmä: V(lambda)-painotettu säteilyteho.

Valovirta on valonlähteen lähettämän näkyvän valon kokonaismäärä. Se ottaa huomioon kaikki suunnat, joihin valo säteilee, ja on siten valonlähteen kokonaiskirkkauden mitta.

Esimerkki:

Tavanomaisella hehkulampulla, jonka ottoteho on 60 wattia, valovirta on noin 900 lumenia. Tämä tarkoittaa, että lamppu lähettää yhteensä 900 lumenia näkyvää valoa kaikkiin suuntiin. LED-lamppu, jonka valovirta on myös 900 lumenia, kuluttaa sen sijaan vain noin 10 wattia. 

Valovirta mitataan integroivalla pallolla.

Valaistusvoimakkuus

Valaistusvoimakkuus (E) on fotometrinen suure, joka kuvaa pinnalle osuvaa valovirtaa. Se määritellään valovirraksi pinta-alayksikköä kohti, ja se mitataan lukseina (lx). Yksi luksi vastaa yhtä lumenia neliömetriä kohti (lm/m²).

• Tunnus: E
• Yksikkö: lm/m², luksi, lx
• Määritelmä: Osuvan valovirran ja pinta-alan osamäärä.

Valaistusvoimakkuus ilmaisee, kuinka paljon valovirtaa osuu tiettyyn pintaan, ja kuvaa siten tällä pinnalla havaittavaa kirkkautta. Se on tärkeä parametri valaistussuunnittelussa ja -tekniikassa.

Esimerkki:

Aurinkoisena päivänä valaistusvoimakkuus ulkona voi olla noin 100 000 luksia. Tämä on erittäin korkea valaistusvoimakkuuden taso ja takaa kirkkaat, hyvin valaistut olosuhteet.

Tyypillisessä toimistossa suositeltu valaistusvoimakkuus on noin 500 luksia mukavan ja tuottavan työympäristön luomiseksi. Tämä saavutetaan usein kattovalaisimilla ja pöytälampuilla.
 

Luminanssi

Luminanssi on fotometrinen suure, joka kuvaa vaikutelmaa kirkkaudesta, jonka valonlähde tekee ihmisen silmään katsottuna tiettyyn suuntaan. Se määritellään lähteen valovirtana pinta-alayksikköä ja avaruuskulmayksikköä kohti. Luminanssin yksikkö on kandelaa neliömetriä kohti (cd/m²).

• Tunnus: L
• Yksikkö: lm/(sr m²), cd/m²
• Määritelmä: Lähetetyn valovirran ja pintaelementin sekä avaruuskulman tulon osamäärä.

Luminanssi ilmaisee, miten kirkkaana valonlähde näyttää tietystä katselupisteestä katsottuna. Se ottaa huomioon valonlähteen suunnan ja pinta-alan ja on havaitun kirkkauden mitta.

Esimerkki:

Tietokoneen näytön tyypillinen luminanssi voi olla noin 300 cd/m². Tämä tarkoittaa, että näyttö tarjoaa mukavan ja riittävän kirkkauden normaalikäytössä.

Valovoima

Valovoima on fotometrinen suure, joka kuvaa valonlähteen lähettämää valovirtaa tiettyyn suuntaan avaruuskulman sisällä. Se mitataan kandeloina (cd), jolloin yksi kandela vastaa yhtä lumenia steradiaania kohti (lm/sr).

• Tunnus: I
• Yksikkö: lm/sr, cd
• Määritelmä: Tiettyyn suuntaan lähetetyn valovirran ja avaruuskulmaelementin osamäärä.

Valovoima ilmaisee, kuinka paljon valovirtaa valonlähde lähettää tiettyyn suuntaan. Se on erityisen hyödyllinen kuvaamaan valon suuntajakaumaa.

Esimerkki:

Tehokkaan LED-taskulampun valovoima voi olla 1 000 kandelaa, jotta se tuottaa keskitetyn, pitkälle ulottuvan valokeilan.