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Misure: fotometria generale

di Emidio Frattaroli , pubblicato il 18 Marzo 2009 nel canale PROIETTORI

“Le numerose analisi tecniche su videoproiettori e display pubblicate su AV Magazine, a cui si aggiungeranno presto gli schermi per proiezione, si riferiscono in buona parte alle grandezze fotometriche classiche e alla loro applicazione nelle indagini effettuate sui vari prodotti.”

Fotometria: flusso luminoso e intensità luminosa

La fotometria è una branca della radiometria e si occupa della misura della quantità dell'energia luminosa emessa da una sorgente, emessa da una superficie o ricevuta da una superficie, in relazione alle sensazioni visive che sono proprie dell'occhio umano. La strumentazione è la stessa della radiometria, con due differenze sostanziali: i sensori utilizzati sono filtrati secondo la curva di sensibilità fotopica dell'occhio umano descritta nel quarto capitolo; inoltre, le unità di misura sono quelle proprie della fotometria ad iniziare dalla candela: una delle unità fondamentali del sistema internazionale.

Flusso luminoso

Prendiamo di nuovo come esempio la lampadina a incandescenza da 100W e il suo spettro di emissione (grafico in alto). Di tutto lo spettro emesso, soltanto il 10% è distribuito nell'intervallo tra 380nm e 780nm. Inoltre, in accordo alla curva di sensibilità fotopica (la curva verde nell'animazione in alto), soltanto il 2% del flusso radiante totale è efficace nella stimolazione dell'occhio umano. L'unità di misura del flusso luminoso è il lumen e viene definito come l'efficacia luminosa spettrale di una luce monocromatica centrata a 555nm, pari al picco di sensibilità fotopica. Per convenzione, rispetto al flusso radiante, il lumen è stato standardizzato in 683 lumen/watt * efficacia luminosa (descritta più avanti).

Tornando alla nostra lampadina da 100W, se il flusso luminoso fosse concentrato nella banda spettrale di 555 nanometri, la lampadina sarebbe capace di 68.300 lumen. In realtà, abbiamo visto come soltanto il 2% del flusso radiante è utile alla visione. Per questo motivo, il flusso luminoso della lampadina da 100W è di circa 1700 lumen. Dal flusso luminoso è possibile ricavare anche l'efficacia luminosa, calcolata in lumen per watt: nel nostro esempio, la lampadina avrebbe una efficacia luminosa di 17 lumen/watt. Una lampada LPS ai vapori di sodio (quelle "arancioni" dell'illuminazione pubblica), ha un efficacia luminosa che può arrivare fino a 200 lumen/watt.

Intensità luminosa

L'intensità luminosa è l'omologo dell'intensità radiante descritta nel quinto capitolo, pesata secondo la curva di sensibilità fotopica. È la porzione di flusso luminoso compresa nell'unità di angolo solido ed è quantificata dalla candela (lumen per steradiante): una delle sette unità di misura del sistema internazionale. A tal proposito, ricordo che in una sfera di raggio r sono compresi 4 π sr (4 * 3,14 steradianti), ovvero circa 12,57 steradianti. La nostra ipotetica lampadina da 100 watt ha un flusso luminoso di 1.700 lumen che, suddiviso per i 12,57 steradianti, equivale a  circa 135 candele. In altre parole lumen = cd * sr. Appare quindi evidente l'altra definizione di lumen: il flusso luminoso di una sorgente nell'unità di angolo solito (1 sr) che ha l'intensità luminosa di una candela.