Ghi chú: Bản quyền bài viết này thuộc quyền sở hữu của Công ty Cổ phần Phòng thử nghiệm Phúc Gia. Khi sao chép nội dung trong bài viết này, vui lòng trích dẫn nguồn từ bài viết Trung tâm Thử nghiệm Kiểm định Phúc Gia. Trân trọng cảm ơn quý độc giả!
Trong bài viết này, Phúc Gia xin gửi đến bạn một cái nhìn tổng quan cũng như giúp bạn phân biệt được các thuật ngữ dễ gây nhầm lẫn, đó là: Radiance, Irradiance, Luminance và Illuminance..
PHÂN BIỆT IRRADIANCE VÀ RADIANCE
Trước khi tìm hiểu về 2 thuật ngữ này, đầu tiên ta phải hiểu về một thuật ngữ cơ bản hơn. Đó là “radiant flux”.
Radiant Flux – Radiant Power (công suất bức xạ) là gì?
“Công suất bức xạ” (còn được gọi là “thông lượng bức xạ”) là năng lượng bức xạ được phát ra, phản xạ, truyền đi hoặc nhận về trên một đơn vị thời gian (thường là giây).
Năng lượng nói đến ở đây là năng lượng của Photon truyền đi trong ánh sáng. Theo thuyết lượng tử ánh sáng, mỗi hạt photon đều mang năng lượng. Nên khi có ánh sáng (dòng các hạt photon) truyền qua một đơn vị diện tích theo thời gian, ta coi đó là dòng năng lượng bức xạ.
Từ bất kỳ nguồn bức xạ nào, năng lượng bức xạ trên một đơn vị thời gian đều được gọi là “công suất bức xạ”.
Vì thế, đơn vị của công suất bức xạ là Oát (W), hay còn được viết là Jun/giây (J/s).
*Kí hiệu: Փ.
Giả sử dòng bức xạ (ánh sáng) có năng lượng Q (J) truyền qua một đơn vị diện tích theo thời gian t (s) thì:
dՓ = dQ / dt (W)
I. IRRADIANCE LÀ GÌ?
1. Khái niệm
“Irradiance” là công suất bức xạ (W) chiếu tới một bề mặt nhất định trên một đơn vị diện tích (m2).
Vì vậy, có thể nói, “Irradiance” là “Mật độ công suất chiếu xạ”
*Kí hiệu: E = Փ/A
hoặc E= dՓ/dA
*Đơn vị : W/m2.
2. Spectral Iradiance (Mật độ phổ công suất chiếu xạ)
Là “công suất bức xạ” dՓ(λ) chiếu tới một bề mặt nhất định trên một đơn vị diện tích (dA) trên mỗi đơn vị bước sóng (dλ) (tính bằng đơn vị nanomet)
Lλ = dՓ(λ) / dA / dλ (W/m2/nm)
3. Ví dụ:
Giả sử ta có một mặt phẳng vật lý (A), diện tích m2, và các photon từ các hướng khác nhau bay đến đập vào nó thì:
– Số photon đập vào nó trong 1 giây là “Flux”(W).
– Nếu ta chia mặt phẳng (A) đó thành các vùng đơn vị (m2) thì “Flux” đó sẽ thành “Irradiance”. (W/m2)
– Nếu ta chia đôi mặt phẳng (A) đó thành (B) và (C), thì “Flux” chia đôi, nhưng chúng vẫn có cùng Irradiance.(mật độ)
+ (A)=(B)+(C)
+ Flux (B) = Flux (C)=1/2 Flux (A)
+ Irradiance (A)= Irradiance (B)= Irradiance (C)
4. Hệ quả
Cùng với những “Flux” bay đến đập vào mặt phẳng cho trên, cũng có “Flux” bị bật ra khỏi bề mặt ,bay theo hướng ngược lại. Nó có thể là ánh sáng bị phản chiếu, ánh đèn huỳnh quang hay là kim loại nóng chảy đến nhiệt độ sáng.
“Flux” này gọi là “Radiant Exitance” (Radiosity/ Flux leaving a surface – per unit surface area).
Hay còn gọi là “Công suất bức xạ đi ra từ một bề mặt” (có thể do phát xạ, phản xạ hoặc truyền qua) trên một đơn vị diện tích.
M = B = Փ/ A hoặc = dՓ/ dA
Nhưng điều này không nói lên được rằng một vật trông sáng như thế nào. Bởi vì, về cơ bản, nếu như ánh sáng ở bề mặt đó chỉ phát ra theo 1 chiều nhất định nhưng không phải hướng bạn đang nhìn đến, thì bề mặt đó không thể nhìn thấy là đang phát sáng.
Một cách hiểu khác, giả sử bạn nhìn thấy Mặt Trời từ sao Mộc, hay nhìn thấy Mặt trời từ Trái Đất, thì đó là bởi vì không gian hoàn toàn trống rỗng, và nó không hấp thụ chút ánh sáng nào. Và chúng đều trông sáng y như nhau, chỉ là do khoảng cách xa hơn mà nó trông nhỏ hơn, nên lượng photon lọt vào mắt bạn cũng nhỏ hơn mà thôi.
Nhưng đó không phải là vì Mặt trời không nhìn sáng hơn, chỉ là vì góc độ nhìn từ vị trí của bạn so với Mặt trời nhỏ hơn. Nên chúng ta cần tìm một đại lượng giải thích cho góc độ đó của bạn, và đó được gọi là góc khối (Solid Angle).
Vì thế, ta cần định nghĩa về “Solid angle” đó trước khi ta nói về Flux per Solid angle (Radian).
II. SOLID ANGLE (GÓC KHỐI)
“Góc khối của hình nón hướng từ một điểm” là diện tích (A) mà nó chặn trên 1 “đơn vị hình cầu”
Nếu ta có một hình cầu (I) bán kính bằng 1, và một hình cầu (II) đồng tâm, bán kính bằng r, thì góc khối (A1) của hình (I) nhỏ hơn r2 lần góc khối (Ar) của hình (II):
Ar/ A1 = r2
Nếu nghiêng mặt phẳng (II) một góc α thì góc khối (Ar) trở thành (A). Khi đó:
A1 = Ar/ r2 = A.cos α/ r2
Đơn vị của góc khối là Ste-radian (Sr), tương tự radian (rad) trong mặt phẳng 2 chiều (2D)
*Kí hiệu: dΩ
1 steradian được định nghĩa là góc khối của một mặt chiếu có diện tích r2 trên hình cầu bán kính r kể từ tâm của hình cầu đó.
III. RADIANCE
1. Ví dụ
Giả sử ta có một chùm ánh sáng đến từ Mặt trời, và một mặt phẳng vật lý (A) vuông góc với chùm sáng đó. Khi đó ta nhận được “Flux” trên một đơn vị diện tích trên bề mặt tới theo một góc khối (sr).
Sau đó, nếu ta di chuyển xa ra khỏi Mặt trời 2 lần thì:
– Góc khối sẽ gấp 4 lần.
– Lượng ánh sáng (Irradiance) cũng sẽ gấp 4.
nhưng Radiance vẫn giữ nguyên, vì đó là công suất trên mỗi góc khối.
2. Khái niệm
“Radiance là công suất bức xạ (W) chiếu vuông góc tới 1 đơn vị diện tích (m2) theo 1 đơn vị góc khối (sr)”.
Vì vậy, có thể nói, Radiance là “Mật độ công suất chiếu xạ trên mỗi đơn vị góc khối” hay còn gọi là “Độ rọi chiếu xạ.”
“Radiance” càng lớn, vật trông càng sáng. *Kí hiệu: L
*Đơn vị: W/m2/sr
L = dՓ/ dA/ dΩ (W/m2/sr)
Nếu mặt phẳng chiếu tới không vuông góc mà bị lệch 1 góc α thì:
L = dՓ/ dA/ dΩ/ cosα (W/m2/sr)
3. Mối liên hệ giữa Radiance (L) với Irradiance (E)
Từ: L = dՓ/ dA/ dΩ/ cosα
=> L. dΩ. cosα = dՓ/ dA = E
Đây là một loại hệ số cosin mà bạn nhận được trong định luật Lambert: “Bề mặt khuếch tán phát ra ánh sáng tỷ lệ với lượng ánh sáng chiếu vào nó”. Đó là tích giữa độ sáng của ánh sáng (L) (Radiance) với góc khối (dΩ) (Solid angle). Đây là lí do vì sao Cường độ sáng của Mặt trời không đổi nhưng góc khối nhỏ hơn vì khoảng cách từ bạn xa dần.
Do đó, tích của Radiance và Solid Angle cho thấy mật độ Flux chiếu tới mặt phẳng trên 1 đơn vị diện tích (vuông góc với chùm sáng).
Và kết quả là Irradiance (E).
Vì thế, nếu một bề mặt phản xạ khuếch tán hoàn hảo, Radiance (L) tỉ lệ với Irradiance (E)
4. Spectral radiance (Mật độ phổ công suất chiếu xạ trên 1 đơn vị góc khối)
Là công suất bức xạ (Ánh sáng) chiếu vuông góc tới 1 đơn vị diện tích (m2) theo 1 đơn vị góc khối (sr) trên mỗi đơn vị bước sóng (nm).
L = dՓ(λ)/ dA/ dΩ/ dλ (W/m2/sr/nm)
PHÂN BIỆT ILLUMINANCE VÀ LUMINANCE
Để hiểu rõ hơn về 2 đại lượng này, trước hết ta cần tìm hiểu về các đơn vị thông dụng của chúng…
1. Lumen (lm)
Lumen là đơn vị cơ bản của quang thông dùng để đo tổng lượng ánh sáng khả kiến phát ra từ 1 nguồn, thường là do một chip LED tạo ra..
Lumen khác với Flux (công suất bức xạ) ở chỗ Lumen đó bao gồm tất cả các sóng điện từ phát ra, trong khi Flux được đo theo mô hình (“chức năng độ sáng”) của độ nhạy của mắt người đối với các bước sóng khác nhau. Lumen có liên quan đến lux trong đó một lux là một lumen trên một mét vuông:
1lm = 1lx. 1m2
Nếu một nguồn sáng phát ra một candela có cường độ sáng đồng đều trên một góc khối một steradian, thì tổng lượng quang thông phát ra ở góc đó là một lumen:
1lm = 1cd. 1sr
Một nguồn phát ra công suất 1W ánh sáng có màu mà mắt nhận biết hiệu quả nhất (bước sóng là 555 nm, trong vùng màu xanh lá cây của quang phổ) có quang thông 683 lumens. Vì vậy, một lumen đại diện cho ít nhất 1/683 W năng lượng ánh sáng khả kiến, tùy thuộc vào sự phân bố quang phổ.
Nhưng quan trọng hơn, việc đánh giá quang thông chỉ là phép đo tiềm năng thông thường của ánh sáng mà không tính đến các công đoạn thiết kế sản phẩm kĩ thuật của ánh sáng như hình dạng, kích thước, độ phản chiếu, độ trong của thấu kính,…..
Xét về phương diện công suất, có thể hiểu về Lumen như là mã lực của động cơ ô tô.
Ví dụ, với 2 chiếc ô tô có cùng mức đánh giá mã lực, nhưng giả sử với 1 chiếc là một con xe jeep nặng ngang ngửa một chiếc xe tăng, thì chắc chắn nó sẽ không nhất thiết phải chạy nhanh như một con xe Toyota có cùng đánh giá mã lực với nó, đơn giản chỉ vì trọng lượng của chúng khác nhau.
Cũng tương tự như thế, với 2 chiếc đèn có cùng chỉ số quang thông (lm) nhưng khác nhau về hiệu suất điện, độ rõ thấu kính, sự khác biệt về kích thước hình dạng của gương phản xạ,.. thì sẽ cho các đầu ra ánh sáng khác nhau.
2. Lux (lx)
Sự khác biệt giữa đơn vị “lumen” và “lux” là: “lux” tính đến diện tích mà thông lượng chiếu sáng được lan truyền hay bao phủ.
“1 lux là độ rọi có được của một bề mặt có diện tích 1 mét vuông có thông lượng chiếu sáng 1 lumen.”
Một dòng sáng 1000 lm, tập trung vào diện tích 1m2, sẽ chiếu sáng 1m2 đó với độ rọi 1000 lx.
Cùng 1000 lm tương tự, khi trải rộng trên diện tích 10m2, sẽ tạo ra sự chiếu rọi mờ hơn, chỉ bằng 100 lx.
Việc đạt được độ rọi 500 lux là có thể trong nhà bếp với một ngọn đèn huỳnh quang đặt cố định có công suất 12.000 lumen. Để chiếu sáng sàn xí nghiệp với diện tích gấp hàng chục/trăm lần nhà bếp thì người ta cần phải có hàng chục/trăm đèn như vậy.
Vì thế, việc chiếu sáng một diện tích (m2) lớn hơn mà có cùng một giá trị độ rọi (lx) thì cần phải có nhiều lumen (lm) hơn.
Về mặt toán học, 1 lx = 1 lm/m2.
*Quan hệ giữa độ rọi và công suất
Độ rọi không phải là phép đo trực tiếp của năng lượng ánh sáng, mà nó là sự cảm nhận của mắt người.
Vì thế, hệ số chuyển đổi sẽ thay đổi theo thành phần bước sóng hay nhiệt độ màu của ánh sáng. Ở bước sóng 555 nm, khoảng trung gian của quang phổ thì 1 lux tương đương với 1,46 mW/m².
3. Candela
Candela thực sự giúp chúng ta đo thể tích, cường độ và mật độ ánh sáng trong khi lumen đề cập đến tổng lượng ánh sáng do nguồn sáng tạo ra và Lux đề cập đến lượng ánh sáng chiếu xuống bề mặt.
Candela đề cập đến cường độ của ánh sáng đó theo một hướng nhất định.
Bây giờ sự khác biệt lớn giữa lumen và Candela là: lumen đề cập đến tổng sản lượng ánh sáng nhìn thấy được trong khi Candela đề cập đến đầu ra hoặc cường độ của ánh sáng đó theo một hướng nhất định.
Candela là một đơn vị cơ bản dùng trong việc đo thông số nguồn sáng, là năng lượng phát ra 1 nguồn ánh sáng trong 1 hướng cụ thể và được tính như sau:
1 candela là cường độ mà một nguồn sáng phát ra 1 lumen đẳng hướng trong một góc khối.
Một nguồn sáng 1 candela sẽ phát ra 1 lumen trên một diện tích 1 mét vuông tại một khoảng cách một mét kể từ tâm nguồn sáng.
1 cd = 1lm/ 1sr.
Một ngọn nến thông thường phát ra ánh sáng với cường độ sáng khoảng một candela. Nếu phát thải trong một số hướng bị chặn lại bởi một rào mờ, nguồn sáng này vẫn có cường độ khoảng một candela trong các hướng mà không bị che khuất.
“Candela” có nghĩa là “ngọn nến” trong tiếng Latinh, cũng như trong nhiều ngôn ngữ hiện đại.
I. LUMINANCE (ĐỘ CHÓI)
1. Khái niệm
Luminance (độ chói, độ sáng chói) là một thành phần cực kỳ quan trọng của ngành công nghiệp màn hình hiển thị. Nếu bạn không hiểu về độ sáng, bạn sẽ không bao giờ hiểu đầy đủ cách đo màn hình một cách chính xác.
Luminance (độ chói) đề cập đến lượng ánh sáng đi qua, phát ra hoặc phản chiếu từ một vật thể, hay còn gọi là độ chói.
Người ta có thể đo độ chói bằng máy đo độ chói (Luminance metter).
Máy đo độ chói xác định lượng ánh sáng truyền qua một vật thể, vì vậy các chuyên gia có thể xác định mức độ ảnh hưởng của ánh sáng đến vật thể đó.
*Đơn vị: Cd/m2 – là cường độ ánh sáng trên một đơn vị diện tích cụ thể.
*Lưu ý:
Luminance thường bị nhầm lẫn với độ sáng. Khi mà có hai khái niệm khá tương tự nhau, nhưng có một số khác biệt khá nổi bật trong đó.
Luminance là thứ có thể đo được bằng máy đo độ chói, đó là mục tiêu và là thực tế rất rõ ràng có thể được kiểm tra nhiều lần.
Tuy nhiên, độ sáng là thứ gì đó chỉ được cảm nhận bởi mắt người, nó không thể được đo lường bởi bất kỳ công thức nào cả.
2. Ứng dụng
Chúng ta tiếp xúc với luminance nhiều hơn chúng ta nghĩ.
Luminance đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày.
Ví dụ, chúng ta tiếp xúc với luminance mỗi khi nhìn vào màn hình. Màn hình càng trắng thì luminance mà ta tiếp xúc càng lớn. Nếu chúng ta tiếp xúc quá nhiều với luminance, điều này có thể trở thành vấn đề gây hại cho mắt, và đôi khi có thể gây ra một số vấn đề về thị lực. Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị điện thoại và máy tính cho phép bạn có thể thay đổi mức độ tiếp xúc luminance (độ phơi sáng) trong phần cài đặt của thiết bị.
Luminance cũng đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực nhiếp ảnh.
Nếu mức độ lumiance (độ chói) cao quá, nó có thể ảnh hưởng tới chất lượng bức ảnh bạn chụp.
Một cách để điều chỉnh mức độ luminance trong các bức ảnh bạn chụp chính là chỉnh sửa thông qua các công cụ chỉnh sửa ảnh. Những ứng dụng này cho phép bạn điều chỉnh luminance của bức ảnh, làm cho chúng trông sáng hơn hay tối hơn nếu như bạn cảm thấy nó là phù hợp.
II. ILLUMINANCE (ĐỘ RỌI)
Illuminance (độ rọi, độ chiếu rọi) là một thuật ngữ quan trọng khác trong ngành công nghiệp màn hình hiển thị.
Điều cần thiết là phải hiểu sự khác biệt giữa hai thuật ngữ Illuminance và luminance để bạn có thể đo lường đầy đủ một màn hình.
Trong khi độ chói (luminance) đề cập đến lượng ánh sáng truyền qua, xuyên qua một vật thể, độ rọi (Illuminance) đề cập đến lượng ánh sáng chiếu xuống một diện tích bề mặt nhất định.
Cách tốt nhất để giải thích sự khác biệt giữa các thuật ngữ là thông qua một ví dụ. Hãy tưởng tượng một ngọn đèn đường được thắp sáng.
-Lượng ánh sáng truyền qua bóng đèn liên quan đến độ chói.
-Mặt khác, lượng ánh sáng chiếu xuống đường bên dưới là độ rọi.
*Đơn vị: lux (lx)
Người ta đo độ rọi theo lux bằng máy đo độ rọi. (Illuminance metter)
Bạn phải hiểu sự khác biệt giữa độ chói (Luminance) và độ rọi (Illuminance) nếu bạn muốn hiểu sâu hơn về ngành công nghiệp màn hình. Hầu hết những người không biết về các thuật ngữ này đều đề cập đến chúng như là độ sáng màn hình.
Tuy nhiên, điều quan trọng cần biết là độ chói và độ rọi không đồng nghĩa với độ sáng.
Bạn không thể đo độ sáng; nó là thứ mà mắt người cảm nhận được.
Vì cả độ chói (Luminance) và độ rọi (Illuminance) đều là những thuật ngữ có thể định lượng được số đo bằng các công cụ cụ thể, bạn sẽ không chính xác khi sử dụng chúng thay thế cho độ sáng.
Như vậy, qua bài viết này, Phúc Gia hi vọng đã mang đến cho bạn cái nhìn tổng quan hơn cũng như giúp bạn phân biệt được các thuật ngữ dễ gây nhầm lẫn trên.
Mọi chi tiết xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY CỔ PHẦN PHÒNG THỬ NGHIỆM PHÚC GIA (PGL – Nhấn vào đây để xem thông tin Cty)Phone: 0981 996 996/ 098 299 6696/ 024 7779 6696Email: lab@phucgia.com.vnPhòng Thử Nghiệm Phúc Gia: “Chính Xác – Khách Quan – Kịp Thời – Tin Cậy”
