240120_조명의 기초(비시감도, 측광량과 단위)

1. 빛과 시각

     1) 눈의 구조와 기능

            - 망막에는 시세포가 분포되어 있는, 이는 다시 추상체(cone)와 간상체(rod)로 구별됨.
            - 추상체 : 망막 중심의 우묵해진 곳에 밀집하고 밝은 곳에서 동작하며 밝음과 색감을 일으킴.
            - 간상체 : 망막의 주변부에 분포되어 있고 조도가 0.03lx 이하의 어두운 곳에서만 동작하며, 추상체보다 감도가 높고
                            어두운 곳에서 대상물을 보는 데 쓸모가 있으나 색을 분별할 능력이 없고 밝고 어두움만을 느낌.

      2) 비시감도

             - 시감도 : 각 파장의 분광방사가 같은 밝음을 느끼게 하는 데 필요한 에너지의 역수로 그 정도를 표시
                             즉, 비등한 방사속에 대한 방사가 눈에 느끼게 하는 밝음의 비율
             - 비시감도 : 파장 555nm의 방사는 최대시감도로서 683lm/W이며, 이에 대한 다른 파장의 비

      3) 눈부심

              - 눈부심의 종류
                 * 불쾌 글레어(불쾌 눈부심) : 햇빛이 쬐는 곳에서 독서를 하면 눈이 피로하게 되는 것은 지면의 강한 광택이나
                                                            진한 그늘로 인하여 강한 휘도대비가 눈에 들어오기 때문에 생기는데, 이와 같은 불쾌감이나 신경피로를 일으키는 눈부심
                 * 감능 글레어(시각저하 눈부심) : 시야에 직접 태양이 들어오거나 야간도로에서 자동차의 전조램프의 빛이 비칠 때 불쾌감이 심하여 물체가 잘 보이지 않는 경우처럼
                                                                   보임의 저하를 일으키는 눈부심
                 * 직시 글레어
                 * 반사 글레어

       4) 광원의 색 특성

               - 색온도
                  * 각 광원의 광색을 나타내는 데는 색온도(color temperature)인수치를 사용하고 단위로는 켈빈(kelvin : K)을 사용
                  * 흑체를 고온으로 가열하면 발산하는 빛의 광색은 적색, 황색, 청록색을 거쳐 백열상태로 변함.
               -  연색성
                  * 광원에 의하여 비추어질 때, 그 물체의 색의 보임을 정하는 광원의 성질

2. 측광량과 단위

       1) 방사속

               - 전자파로서 전달되는 에너지를 총칭하여 방사라고함.
               - 단위시간에 어떤 면을 통과하는 방사에너지의 양을 방사속(radiant flux) 이라 함.
               - 단위는 와트(watt : W)
  

       2) 광속

               - 사람의 눈에 보이는 가시범위의 방사속
               - 파장 380~760nm 사이인 방사속
               - 단위는 루멘(lumen : lm)

        3) 조도

               - 빛을 받는 면의 밝기를 표시한 것
               - 단위면적당의 입사광속으로 표시
               - E=F/S [lm/m^2], F:입사광속, S:입사면적
               - 단위는 룩스(lux : lx)와 풋캔들(footcandle : fc)을 사용

         4) 광산발산도

                - 물체로부터 방사된 광속이 눈에 들어오면서 물체가 보이게 되는데, 이처럼 단위면적으로부터 발산하는 광속
                - M=F/S [lm/m^2]
  

          5) 광도

                 - 광원으로부터 모든 방향으로 빛이 발산되고 있으나, 그 방향에 따라 빛의 발산이 달라진다.
                 - 어떤 방향에 대한 빛의 세기
                 - I=F/w, F:입체각 w에 포함된 광속, w:입체각

          6) 휘도

                 - 광원을 볼 때 강하게 빛나 보이는데 이 빛나는 정도
                 - L=I/S’, I:어느 방향의 광도, S’:어느 방향의 투영면적
                 - 단위는 스티브(stilb:sb), 니트(nit:nt) 및 풋램버트(foot lambert:fL)

          7) 발광효율

                 - 광원으로부터 어떤 방향의 방사속 파이가 발산되면, 이 중에서 광속 F [lm]만이 육안으로 느끼게 된다.
                    이 방사속에 대한 광속의 비율
                 - 입실론 = 광속/방사속[lm/W]

          8) 전등효율

                 - 실제로 광원에서는 발산되는 전방사속보다 많은 에너지가 소비된다. 즉, 전발산 방사속 외에 대류, 전도 등에 의한 손실을 포함한 전소비전력을 생각하여야 한다.
                 - 효율 = 전발산광속/전소비전력[lm/W]
                 - 일반적으로 전등효율은 발광효율보다 적다.