Conversion de Lux en bougies à pieds : guide d'éclairage facile

Pourquoi les unités d'éclairement sont plus importantes que vous ne le pensez

Si vous avez déjà conçu un circuit de capteur de lumière, étalonné un capteur de lumière ambiante pour un contrôleur de rétroéclairage d'écran ou essayé de spécifier une photodiode pour une utilisation en extérieur, vous avez rencontré un problème d'éclairement. Et si vous avez consulté des fiches techniques de différents fabricants ou de différents pays, vous avez probablement remarqué que les unités sont partout.

Les spécialistes de l'éclairage américains adorent les chandelles. Les fiches techniques européennes s'en tiennent au lux. La littérature sur la photométrie plus ancienne contient des photos. Et lorsque vous essayez de déterminer si votre capteur possède une plage dynamique suffisante pour gérer à la fois un parking éclairé par la lune et la lumière directe du soleil, vous devez effectuer une conversion entre ces unités sans commettre d'erreur qui vous coûte deux ordres de grandeur.

Le calcul n'est pas difficile. Mais il est facile de faire des bêtises quand on est fatigué, et les conséquences peuvent être coûteuses.

Les bases : qu'est-ce que l'éclairement ?

L'éclairement mesure la quantité de flux lumineux qui atteint une surface par unité de surface. Il s'agit de la métrique de « luminosité de cette surface », pondérée par la sensibilité de l'œil humain (courbe de réponse photopique). L'unité SI est le lux (lx), défini comme un lumen par mètre carré.

où $E$ est l'éclairement en lux,$\\Phi $ est le flux lumineux en lumens et$A$ est la surface en mètres carrés.

Quelques points de référence qui sont gravés dans mon cerveau :

• Clair de lune par temps clair : environ 0,25 à 1 lux (notre calculateur utilise 1 lux comme chiffre rond)
• Éclairage de bureau typique : 300 à 500 lux
• Journée nuageuse en extérieur : environ 1 000 lux
• Journée ensoleillée à l'ombre : 10 000 lux
• Ensoleillement direct : 100 000 lux ou plus

Cela représente une plage dynamique d'environ 100 000:1 entre le clair de lune et le soleil direct. Si vous concevez un capteur qui doit fonctionner dans cette plage, vous devez bien réfléchir à la résolution de votre ADC, à ses niveaux de gain et à ses limites de saturation.

Le zoo de l'unité

Mettons les choses au clair sur les conversions.

Bougies Lux to Foot-

La chandelle (fc) est la cousine impériale du lux. Un pied de bougie équivaut à un lumen par pied carré. Puisqu'il y a environ 10 764 pieds carrés dans un mètre carré :

Ou dans l'autre sens :

Ainsi, 500 lux (éclairage de bureau typique) équivalent à environ 46,5 pieds de bougies. Les codes du bâtiment américains et les recommandations de l'IESNA sont généralement exprimés en chandelles. Par conséquent, si vous concevez des commandes d'éclairage pour le marché américain, vous effectuerez cette conversion en permanence.

Millilux et Kilolux

Ce ne sont que des préfixes métriques appliqués au lux. Rien de compliqué ici :

Millilux apparaît lorsque vous faites face à des conditions de très faible luminosité, par exemple au crépuscule astronomique ou lorsque vous testez le comportement des photodiodes dans le courant d'obscurité. Kilolux est pratique pour les mesures en extérieur, vous n'avez donc pas à écrire « 87 000 lux » alors que « 87 klx » suffira.

La photo

C'est là que ça devient un peu obscur. Le phot (ph) est une unité CGS égale à un lumen par centimètre carré. Puisqu'il y a 10 000 centimètres carrés dans un mètre carré :

Vous rencontrerez parfois des photos dans des publications scientifiques plus anciennes, en particulier des articles du milieu du 20e siècle. Je l'ai également vu dans les spécifications de certains équipements photographiques vintage. Pour les œuvres modernes, il s'agit surtout d'une curiosité historique, mais si vous êtes en train de rétroconcevoir un ancien dessin ou si vous lisez un article classique sur la photométrie, le fait de connaître cette conversion vous évitera de vous rendre sur Wikipedia.

Exemple concret : spécification d'un capteur de lumière ambiante

Supposons que vous conceviez un contrôleur de rétroéclairage d'écran pour un panneau IHM industriel. La spécification indique qu'il doit fonctionner dans des « conditions d'entrepôt sombres » (environ 50 lux) à « kiosque extérieur exposé à la lumière directe du soleil » (jusqu'à 100 000 lux). Le document de procédure de test du client, rédigé par son équipe qualité basée aux États-Unis, spécifie les points de test en chandelles.

Vous évaluez un capteur de lumière ambiante à l'aide d'une fiche technique qui indique la sensibilité en nombres par lux et un éclairement maximal mesurable de 88 000 lux. Est-ce que ça va marcher ?

Tout d'abord, convertissons les points de test. Le client souhaite effectuer un test à l'adresse suivante :

• 5 cc (faible luminosité)
• 50 pieds cubes (normal en intérieur)
• 500 pieds carrés (ombre intérieure/extérieure lumineuse)
• 9 000 pieds carrés (lumière directe du soleil)

Conversion en lux :

Ce dernier chiffre pose problème. Le capteur atteint un maximum de 88 000 lux, mais le client souhaite tester à près de 97 000 lux. Trois options s'offrent à vous : repousser les spécifications du test, trouver un autre capteur ou ajouter un atténuateur optique (comme un filtre à densité neutre) devant le capteur pour obtenir la plage de luminosité la plus élevée.

Si vous aviez remarqué que « 9 000 bougies de pied, c'est probablement environ 90 000 lux », vous l'auriez peut-être oublié. Le chiffre réel est supérieur d'environ 8 % à cette estimation approximative, et 8 % représente la différence entre la réussite et l'échec du test.

Exprimons également la gamme complète en kilolux pour la présentation de la revue de conception :

Plage dynamique : environ 1 800 : 1. Cela représente une plage d'environ 10,8 bits, donc un ADC 12 bits devrait suffire avec une certaine marge de manœuvre.

Erreurs et pièges courants

Confondre éclairage et luminance

L'éclairement (lux) mesure la lumière qui arrive sur une surface. La luminance (candelas par mètre carré, ou lentes) mesure la lumière laissant une surface dirigée vers votre œil. Ils sont liés mais ne sont pas interchangeables. Si quelqu'un demande la « luminosité » d'un écran en lux, il est confus : les écrans sont spécifiés en nits. S'ils demandent que le niveau de lumière ambiante atteigne l'écran, c'est du lux.

Oublier le facteur 10,764

J'ai vu des ingénieurs utiliser 10 comme facteur de conversion « suffisamment proche » entre le lux et les pieds-bougies. Ça ne l'est pas. L'erreur est de 7,6 %, ce qui ne semble pas beaucoup tant que vous n'essayez pas d'atteindre un seuil réglementaire ou de correspondre à une norme d'étalonnage. Utilisez 10.764, ou mieux encore, ouvrez le convertisseur d'unités d'éclairage et laissez-le faire le travail.

Mélanger photos et bougies

Les deux unités ne sont pas des unités SI, elles contiennent toutes deux un « ph » ou un « f » et sont toutes deux environ 10 fois différentes du lux. Mais ce sont des facteurs 10 fois différents dans des directions différentes. Une photo, c'est 10 000 lux. Une chandelle représente environ 10,764 lux. Si vous les échangez, vous êtes multiplié par près de 1 000. J'ai vu cela se produire dans des fiches techniques traduites où quelqu'un « corrigeait » une unité qu'il ne reconnaissait pas.

En supposant une réponse linéaire du capteur

La plupart des capteurs de lumière ambiante ont une réponse relativement linéaire sur la plage spécifiée, mais les capteurs et photodiodes bon marché peuvent saturer, présenter des régions non linéaires ou présenter une sensibilité dépendante de la température. Lorsque vous convertissez des unités pour déterminer si votre capteur peut gérer un niveau d'éclairement particulier, n'oubliez pas que la conversion est exacte mais que le capteur ne l'est peut-être pas.

Ignorer l'inadéquation spectrale

Le lux est défini pour la réponse photopique de l'œil humain, qui culmine autour de 555 nm (vert). Si votre source lumineuse présente un spectre étrange, comme une LED à bande étroite ou une lampe à vapeur de sodium, la valeur en lux d'un capteur peut ne pas correspondre à celle d'un luxmètre étalonné, selon la mesure dans laquelle la réponse spectrale du capteur correspond à la courbe photopique. Ce n'est pas un problème de conversion d'unités en soi, mais cela dérange ceux qui pensent que la conversion des unités est la partie la plus difficile.

Quand utiliser chaque unité

Optez pour Lux pour tout ce qui est international ou pour tout nouveau design. C'est l'unité SI, c'est l'unité dans laquelle les capteurs modernes sont étalonnés, et c'est ce que vous trouverez dans les normes IEC et ISO.

Utilisez des chandelles lorsque vous travaillez avec des codes d'éclairage américains, des exigences de l'OSHA ou des clients qui spécifient des produits en unités impériales. Ne vous y opposez pas, convertissez simplement avec précision.

Millilux est utile pour les applications à faible luminosité : systèmes de vision nocturne, instruments astronomiques ou caractérisation des niveaux de bruit des capteurs. Kilolux permet de garder vos mesures extérieures lisibles.

Des photos ? Honnêtement, à moins de lire de la littérature ancienne ou de travailler avec des équipements anciens, vous pouvez probablement les ignorer. Mais quand vous en rencontrez un, vous savez maintenant : multipliez par 10 000 pour obtenir des lux.

Essayez-le

La prochaine fois que vous regarderez une spécification d'éclairage exprimée en chandelles et que la fiche technique de votre capteur sera en lux, ne faites pas de calculs mentaux. Ouvrez le convertisseur d'unités d'éclairage et obtenez le nombre exact en quelques secondes. Il gère les points de référence courants (clair de lune, éclairage des bureaux, extérieur lumineux, lumière directe du soleil) et convertit entre le lux, les chandelles, le millilux, le kilolux et les photos. Une occasion en moins de supprimer une décimale ou d'utiliser le mauvais facteur de conversion.