การวัดแสง (ทัศนศาสตร์)

แม่แบบ:สับสน การวัดแสง หรือ โฟโตเมตรี (photometry) ในทางทัศนศาสตร์ คือการศึกษาความเข้มของแสงที่ตาของมนุษย์รับรู้ การวัดแสงนั้นต่างจากการวัดรังสี โดยการวัดแสงจะถ่วงน้ำหนักพลังงานจากการแผ่รังสีที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ ด้วยฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่าง

ตามนุษย์และการวัดแสง

เส้นโค้งสีดำคือฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่างในที่สว่าง และเส้นโค้งสีเขียวคือฟังก์ชันประสิทธิภาพการส่องสว่างในที่มืด โดยเส้นทึบคือมาตรฐาน CIE 1931 เส้นประคือข้อมูลที่แก้ไขในปี 1978 เส้นจุดคือข้อมูลที่แก้ไขในปี 2005 หน่วยของแกนนอนคือ nm

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

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

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 ${\mathrm{\Phi }}_v$ แล้วจะได้ว่า

${\mathrm{\Phi }}_v=K_{max}\int V(\lambda )\psi (\lambda )d\lambda$

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

ค่าต่าง ๆ ที่ใช้ในการวัดแสง

การวัดแสงทำโดยใช้ค่าต่าง ๆ ซึ่งมีหน่วยต่างกันไปดังต่อไปนี้