광속(luminous flux), 광도(light intensity) 및 조도(illuminance) 계산

광속(light flux, luminous flux, Lumen)은 광원이나 조명 장치에서 생성되는 가시광선의 세기를 측정한 것으로, 이는 방사선원에서 모든 방향으로 방출되는 빛의 양을 나타내므로 전체 광 출력을 의미한다.

루멘(lm) 단위로 측정되며, 광속은 감지된 빛의 세기에만 관련된다. 예를 들어 백열등과 형광등과 같이 같은 출력(watt)의 광원이라도 서로 다른 양의 빛을 생성하므로 전력량으로 빛의 세기를 측정하지 않고 광속으로 비교하여야 한다.

 

그림 1. 광속, 광도 및 조도 의 관계

 

광도(light intensity, Candela)는 특정 방향으로 방출되는 빛의 방사를 나타내는 값이다.  동일한 광속을 갖는 램프는 빔 각도에 따라 완전히 다른 광도를 가질 수 있다.

따라서 광도는 빛이 얼마나 집중되어 있는지 또는 방출된 빛의 밀도가 어느 정도인지를 나타낸 것이다.

여기서 빔 각도는 램프에서 빛이 방출되는 각도를 나타내며, 칸델라(cd)는 광도의 미터법 단위이다.

 

(식 1) 광도 (cd) = 광속 (lm) / 입체각, Ω (sr)

 

입체각(Ω)은 빔 각도(α)로 부터 아래 식을 통해서 구한다. 스테라디안 (sr, 단위 입체각) 은 반지름이 r인 구의 표면에서 r2인 면적(구면위의 넓이)에 해당하는 입체각이다.

 

(식 2) Ω = 2π * ( 1 – cos ( α / 2) )

 

조도(illuminance, Lux)는 영역을 비추는 밝기를 측정한 것이다. Lux는 광원의 광속(lm)이 수신기 표면의 단위 면적당 도달하는 양을 나타내며, lux 값은 순전히 수신기에서  측정된 값이다.

1 lm의 광속이 1m²의 면적에 균일하게 비추면 조도는 1 lx 이다.

조도는 다음 공식으로 계산된다.

 

(식 3) Lux (lx) = 광속 (lm) / 면적 (m2)

 

광도( light intensity) 계산

광속 (lm) :

빔각도, α (degree) :

     

광도 (cd) :

 

조도(illuminance) 계산

광원 거리 (m) :

     

조도 (lx) :

 

조도 계산 전 위의 광도를 먼저 구하기 바란다. 위의 광도로부터 아래 식을 통하여 조도를 계산할 수 있다. 

(lux = candela / distance²)