การวัดแสง (ทัศนศาสตร์)

การวัดแสง หรือ โฟโตเมตรี (photometry) ในทางทัศนศาสตร์ คือการศึกษาความเข้มของแสงที่ตาของมนุษย์รับรู้^[1] การวัดแสงนั้นต่างจากการวัดรังสี โดยการวัดแสงจะถ่วงน้ำหนักพลังงานจากการแผ่รังสีที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ ด้วยฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่าง

ตามนุษย์และการวัดแสง แก้

เส้นโค้งสีดำคือฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่างในที่สว่าง และเส้นโค้งสีเขียวคือฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่างในที่มืด โดยเส้นทึบคือมาตรฐาน CIE 1931^[2] เส้นประคือข้อมูลที่แก้ไขในปี 1978^[3] เส้นจุดคือข้อมูลที่แก้ไขในปี 2005^[4] หน่วยของแกนนอนคือ nm

สายตาของมนุษย์สามารถตัดสินได้อย่างแม่นยำในระดับหนึ่งว่าการรับรู้แสงและความมืดของสองสีนั้นเหมือนกันหรือไม่ ดังนั้น เพื่อจะวัดค่าการตอบสนองเชิงสเปกตรัมของดวงตา จึงได้มีการทำการเปรียบเทียบฟลักซ์การแผ่รังสีที่จำเป็นเพื่อกระตุ้นการรับรู้ความมืดสว่างที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ ของแสง ในสภาพแวดล้อมที่สว่าง การมองเห็นของมนุษย์จะไวต่อแสงสีเขียวซึ่งมีความยาวคลื่น 555.016 nm มากที่สุด ให้ $\Psi _{\lambda }$ เป็นฟลักซ์การแผ่รังสีที่จำเป็นในการสร้างความส่องสว่าง ที่ความยาวคลื่นใด ๆ $\lambda$ ที่เท่ากันกับฟลักซ์ของแสงที่มีความยาวคลื่น 555.016 nm $\Psi _{555.016}$ จะได้ค่าสัดส่วนเป็น

V(\lambda )={\frac {\Psi _{\lambda }}{\Psi _{555.016}}}

ค่านี้เรียกว่าฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่าง ตัวอย่างเช่น การทดลองแสดงให้เห็นว่า 1 mW ของแสงสีเขียว 555.016 nm และ 2.5 W ของแสงสีม่วง 400.0 nm ทำให้เกิดความส่องสว่างเท่ากัน และค่าฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่าง 400.0 nm คือ

V(400.0nm)={\frac {10^{-3}}{2.5}}=0.0004.

ในการวัดขนาดของฟลักซ์ส่องสว่าง จะต้องแปลงฟลักซ์การแผ่รังสี เป็นปริมาณที่มีประสิทธิภาพสำหรับสายตามนุษย์โดยมีฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่างเป็นตัวถ่วงน้ำหนัก สำหรับความยาวคลื่น $\lambda$ ถ้าแสงที่มีฟลักซ์การแผ่รังสีเท่ากับ $\psi (\lambda )$ ฟลักซ์ส่องสว่างเป็น $\Phi _{v}$ แล้วจะได้ว่า

\Phi _{v}=K_{max}\int V(\lambda )\psi (\lambda )d\lambda

โดย $K_{max}$ เป็นค่าของแสงที่มีความยาวคลื่น 555.016 nm หรือที่เรียกว่าค่าประสิทธิภาพการส่องสว่างสูงสุด มีค่าเท่ากับ 683 lm/W

ค่าต่าง ๆ ที่ใช้ในการวัดแสง แก้

การวัดแสงทำโดยใช้ค่าต่าง ๆ ซึ่งมีหน่วยต่างกันไปดังต่อไปนี้

ค่าและหน่วยของการวัดแสงในระบบเอสไอ
ปริมาณ	ภาษาอังกฤษ	สัญลักษณ์	หน่วยวัด	สัญลักษณ์หน่วยวัด	หมายเหตุ
ฟลักซ์ส่องสว่าง	luminous flux	Φ_v	ลูเมน	lm（lm= cd·sr）	ฟลักซ์การแผ่รังสีที่ถ่วงน้ำหนักด้วยค่าประสิทธิภาพการส่องสว่าง
ความเข้มของการส่องสว่าง	luminous intensity	I_v	แคนเดลา	cd（cd= lm/sr）	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยมุมตัน
ความสว่าง	luminance	L_v	แคนเดลาต่อตารางเมตร	cd/m²	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยมุมตัน หน่วยบางครั้งก็เรียกว่า nit
ความส่องสว่าง	illuminance	E_v	ลักซ์	lx（lx= lm/m²= cd·sr/m²）	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยพื้นที่
ประสิทธิภาพการส่องสว่าง	luminous efficacy	η	ลูเมนต่อวัตต์	lm/W= cd·sr/W	อัตราส่วนระหว่างฟลักซ์การส่องสว่างกับฟลักซ์การแผ่รังสี
พลังงานส่องสว่าง	luminous energy	Q_v	ลูเมน·วินาที	lm·s	บางครั้งก็ใช้หน่วยที่เรียกว่า talbot

อ้างอิง แก้

↑ Bass, Michael, บ.ก. (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.
↑ [1]
↑ [2]
↑ [3]

[Bass95-1] Bass, Michael, บ.ก. (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.

[2] [1]

[3] [2]

[4] [3]

[1]

[2]

[3]

[4]