גדלים פוטומטריים עם סימונים ויחידות

גדלים פוטומטריים מתארים אור כפי שהעין האנושית קולטת אותו: קרינה משוקללת בפונקציית היעילות האורית V(λ) בתחום הנראה מכ-380 עד 780 nm. ארבעת הגדלים הבסיסיים הם השטף האורי Φ ביחידות לומן, העצמת ההארה E ביחידות לוקס, הבהירות L ועוצמת האור I. תחום זה נקרא פוטומטריה; המקבילות האנרגטיות הן הגדלים הרדיומטריים.

טכנולוגיית התאורה והגדלים הפוטומטריים מהווים את הבסיס להבנה וליישום של אור וקרינת UV בהקשרים מדעיים, תעשייתיים ויומיומיים.

אור הוא הצורה הנראית של הקרינה האלקטרומגנטית, הנמצאת בתחום הנראה מכ-380 עד 780 ננומטר.

טכנולוגיית התאורה עוסקת בייצור, בהפצה וביישום של אור במטרה להשיג אפקטים חזותיים מסוימים, לנצל אנרגיה ביעילות ולשפר את איכות החיים. גדלים אלה נקראים גם גדלים פוטומטריים. התחום המקצועי נקרא פוטומטריה.

התרשים הבא מציג את ארבעת הגדלים הפוטומטריים. הטבלה מכילה הצגה חזותית, הגדרה מתמטית, יחידה והסבר קצר לכל גודל.

1. שטף אורי Φ
2. עצמת הארה E
3. בהירות L
4. עוצמת אור I

טבלה להורדה: גדלים ויחידות פוטומטריים (XLSX) – עם מקדמי המרה, סימנים והזווית המרחבית. המקבילות האנרגטיות מפורטות תחת גדלים רדיומטריים, והגדלים הקשורים לצבע תחת גדלים קולורימטריים. כל הגדלים יחד – עם סימן, יחידה ומחשבון מתאים – מופיעים במילון המונחים של גדלים אופטיים.

חשיפה תאורתית H_v – עוצמת האור כפול זמן – היא היחידה מבין חמשת הגדלים שאין לה קטע נפרד בעמוד זה: היא מופיעה בעיקר בבדיקות יציבות פוטוכימית, שבהן ICH Q1B מחייב 1.2 מיליון lux·h. הגדרה והבחנה מפורטות במילון המונחים של גדלים אופטיים.

שטף אור

שטף אור הוא גודל פוטומטרי המתאר את כמות האור הנראה הכוללת הנפלטת ממקור אור לכל הכיוונים. הוא נמדד בלומן (lm). שטף האור מציין כמה אנרגיית אור נפלטת ממקור ליחידת זמן והוא מדד לבהירות של מקור האור.

• סימן נוסחה: Φ
• יחידה: לומן, lm
• הגדרה: ההספק הקרינתי המשוקלל לפי V(lambda).

שטף האור הוא הכמות הכוללת של אור נראה הנפלטת ממקור אור. הוא מביא בחשבון את כל הכיוונים שבהם נפלט האור ולכן הוא מדד לבהירות הכוללת של מקור האור.

לדוגמה:

נורת ליבון רגילה בהספק נצרך של 60 W מפיקה שטף אור של כ-900 לומן. פירוש הדבר שהנורה פולטת בסך הכול 900 לומן של אור נראה לכל הכיוונים. עם זאת, נורת LED, שגם לה שטף אור של 900 לומן, צורכת רק כ-10 W. 

שטף האור נמדד באמצעות כדור אינטגרציה.

עוצמת האור (Illuminance)

עוצמת האור (E) היא גודל פוטומטרי המתאר את שטף האור הפוגע במשטח. היא מוגדרת כשטף האור ליחידת שטח ונמדדת בלוקס (lx). לוקס אחד שווה ללומן אחד למטר רבוע (lm/m²).

• סימן נוסחה: E
• יחידה: lm/m², לוקס, Lx
• הגדרה: המנה בין שטף האור הפוגע לבין גודל השטח.

עוצמת האור מציינת כמה שטף אור פוגע במשטח נתון, ובכך מתארת את הבהירות הנתפסת על משטח זה. זהו פרמטר חשוב בתכנון ובטכנולוגיה של תאורה.

לדוגמה:

ביום שמשי, עוצמת האור בחוץ יכולה להיות כ-100,000 לוקס. זו רמת עוצמת אור גבוהה מאוד, המבטיחה תנאים בהירים ומוארים היטב.

במשרד טיפוסי, עוצמת האור המומלצת היא כ-500 לוקס, כדי ליצור סביבת עבודה נוחה ופרודוקטיבית. הדבר מושג לרוב באמצעות גופי תאורה בתקרה ומנורות שולחן.
 

בהירות (Luminance)

בהירות היא גודל פוטומטרי המתאר את רושם הבהירות שמקור אור יוצר על העין האנושית כאשר הוא נצפה מכיוון מסוים. היא מוגדרת כשטף האור ליחידת שטח של המקור וליחידת זווית מרחבית. יחידת הבהירות היא קנדלה למטר רבוע (cd/m²).

• סימן נוסחה: L
• יחידה: lm/(sr m²), cd/m²
• הגדרה: המנה בין שטף האור הנפלט לבין המכפלה של אלמנט השטח וזווית המרחב.

הבהירות מציינת עד כמה מקור אור נראה בהיר כאשר הוא נצפה מנקודה מסוימת. היא מביאה בחשבון את הכיוון והשטח של מקור האור והיא מדד לבהירות הנתפסת.

לדוגמה:

מסך מחשב עשוי להיות בעל בהירות טיפוסית של כ-300 cd/m². פירוש הדבר שהמסך מספק בהירות נוחה ומספקת לצפייה רגילה.

עצמת האור (Luminous intensity)

עצמת האור היא גודל פוטומטרי המתאר את שטף האור הנפלט ממקור אור בכיוון מסוים בתוך זווית מרחבית. היא נמדדת בקנדלה (cd), כאשר קנדלה אחת שווה ללומן אחד לסטרדיאן (lm/sr).

• סימן נוסחה: I
• יחידה: lm/sr, cd
• הגדרה: המנה בין שטף האור הנפלט בכיוון נתון לבין אלמנט הזווית המרחבית.

עצמת האור מציינת כמה שטף אור נפלט ממקור אור בכיוון מסוים. היא שימושית במיוחד לתיאור התפלגות הכיוונים של האור.

לדוגמה:

פנס LED חזק יכול להגיע לעצמת אור של 1,000 קנדלה כדי להפיק קרן אור ממוקדת המגיעה למרחקים גדולים.