ルクスをフートキャンドルに変換:簡単照度ガイド

照度単位が思った以上に重要な理由

光センサー回路を設計したり、ディスプレイのバックライトコントローラー用に環境光センサーをキャリブレーションしたり、屋外用のフォトダイオードを仕様化しようとしたりしたことがあるなら、照度に遭遇したことがあるでしょう。また、さまざまなメーカーやさまざまな国のデータシートでこれを行ったことがあれば、ユニットがいたるところにあることにお気づきでしょう。

アメリカの照明仕様では、フートキャンドルが大好きです。ヨーロッパのデータシートはルクスにこだわっています。昔の測光に関する文献は写真を中心に扱っています。また、センサーが月明かりに照らされた駐車場と直射日光の両方に対応できる十分なダイナミックレンジを備えているかどうかを調べるときには、2 桁のコストがかかる間違いを犯さずに、これらの単位を変換する必要があります。

計算は難しくありません。しかし、疲れているとめちゃくちゃになりやすく、その結果が高額になる可能性があります。

基本:照度とは何か？

照度は、単位面積あたりに表面に当たる光束の量を測定します。これは、人間の目の感度 (光源応答曲線) で重み付けされた「この表面はどの程度明るく見えるか」という指標です。SI 単位はルクス (lx) で、1 平方メートルあたり 1 ルーメンと定義されます。

ここで、$E $はルクス単位の照度、$\\Phi $はルーメン単位の光束、$ A$は平方メートル単位の面積です。

私の脳裏に焼き付いている基準点は以下のとおりです。

-晴れた夜の月光:約0.25～1ルクス (電卓では1ルクスを四捨五入しています) -一般的なオフィス照明:300～500 ルクス -曇りの日の屋外:約1,000ルクス -日陰の明るい晴れた日:10,000 ルクス -直射日光:100,000ルクス以上

これは、月明かりから直射日光までの約100, 000:1 のダイナミックレンジです。この範囲で動作する必要があるセンサーを設計する場合は、ADC の解像度、ゲインステージ、および彩度制限について慎重に検討する必要があります。

ユニット・ズー

変換を正しく行いましょう。

ルクスからフートキャンドルへ

フートキャンドル (fc) はルクスの従兄弟です。1 フートキャンドルは 1 平方フィートあたり 1 ルーメンに相当します。1 平方メートルあたりの面積は約 10.764 平方フィートなので、

あるいは逆の方向へ:

つまり、500 ルクス (一般的なオフィス照明) は、約 46.5 フートキャンドルに相当します。通常、アメリカの建築基準法と IESNA の推奨事項はフートキャンドルに記載されています。そのため、米国市場向けの照明制御を設計する場合は、この変換を絶えず行うことになります。

ミリラックスとキロルックス

これらはルクスに付けられたメトリックプレフィックスに過ぎません。ここでは難しいことは何もありません。

ミリラックスは、天文学的な薄明かりやフォトダイオードの暗電流挙動のテストなど、非常に薄暗い条件を扱っているときに現れます。キロラックスは屋外での測定に便利なので、「87 klx」で十分なのに「87,000 ルクス」と書く必要はありません。

写真

ここが少しわかりにくいところです。フォト (ph) は CGS 単位で、1 平方センチメートルあたり 1 ルーメンに相当します。1 平方メートルは 10,000 平方センチメートルなので、

時折、古い科学文献、特に20世紀半ばの論文の写真に出くわすことがあります。ビンテージの写真機材のスペックでも見たことがあります。現代の作品では、主に歴史的な好奇心によるものですが、古いデザインをリバースエンジニアリングしたり、測光に関する古典論文を読んだりしているなら、この変換を知っていればウィキペディアに行く手間が省けます。

実際に使用した例:環境光センサーの指定

産業用 HMI パネル用のディスプレイバックライトコントローラーを設計しているとしましょう。この規格では、「薄暗い倉庫環境」(約 50 ルクス) から「直射日光の当たる屋外キオスク」(最大 100,000 ルクス) まで対応する必要があるとされています。米国に拠点を置く品質チームが作成したお客様のテスト手順書には、フートキャンドルのテストポイントが明記されています。

アンビエントライトセンサーを評価しているのは、感度がルクスあたりのカウント数で、測定可能な最大照度が 88,000 ルクスであるデータシートです。動作しますか?

まず、テストポイントを変換しましょう。お客様は次の場所でテストを希望しています。 -5 fc (薄暗い環境) -50 FC (通常の屋内) -500 fc (明るい屋内/屋外の日よけ) -9,000 FC (直射日光)

ルクスへの変換:

最後の数字は問題だ。センサーの最大値は 88,000 ルクスですが、お客様は約 97,000 ルクスでテストしたいと考えています。選択肢は 3 つあります。テスト仕様を引き下げるか、別のセンサーを探すか、センサーの前に光学減衰器 (ニュートラル密度フィルターなど) を追加して最高輝度範囲を実現する方法です。

「9,000フートキャンドルはおそらく約90,000ルクス」と目にしたことがあるなら、これを見逃しているかもしれません。実際の数は、その大まかな見積もりよりも約 8% 多く、8% がテストの合格と不合格の差です。

また、デザインレビューのプレゼンテーションでは、全範囲をキロラックス単位で表現してみましょう。

ダイナミックレンジ:約 1, 800:1。これはおよそ 10.8 ビットのレンジなので、ある程度のヘッドルームがあれば 12 ビット ADC で十分です。

よくある間違いと落とし穴

照度と輝度の混同について

照度 (ルクス) は表面に届く光を測定します。輝度 (カンデラ/平方メートル、またはニット) は、表面から目に向かって出る光を測定します。これらは関連していますが、互換性はありません。誰かがディスプレイの「明るさ」をルクスで尋ねると、混乱してしまいます。ディスプレイはニット単位で指定されます。ディスプレイに当たる環境光のレベルを聞かれたら、それはルクスです。

10.764 ファクターを忘れてしまった

私はエンジニアがルクスとフートキャンドルの間の「十分近い」換算係数として10を使うのを見てきました。そうではありません。誤差は 7.6% で、規制基準値を満たすか、校正基準に一致させようとするまでは、それほど大きな誤差には思えません。10.764 を使うか、もっと良いのは 照度単位コンバーターを開いて に任せてください。

写真とフートキャンドルを混ぜて使う

どちらも非SI単位で、どちらも「ph」または「f」を含み、ルクスの約10倍の差があります。しかし、方向が異なれば10倍の係数で異なります。写真は1万ルクスです。フートキャンドルは約10.764ルクスです。これらを交換すると、1,000倍近くずれていることになります。翻訳されたデータシートで、誰かが認識できない単位を「修正」した場合に、このようなことが起こるのを見たことがあります。

線形センサー応答を仮定すると

ほとんどの環境光センサーは、指定された範囲にわたって適度に線形な応答を示しますが、安価なセンサーやフォトダイオードは、飽和したり、領域が非線形になったり、温度に依存する感度を示したりすることがあります。単位を変換してセンサーが特定の照度レベルを処理できるかどうかを調べるときは、変換は正確でも、センサーはそうではない場合があることに注意してください。

スペクトルの不一致を無視する

ルクスは、人間の目の光所性応答で定義され、そのピークは約 555 nm (緑色) です。狭帯域 LED やナトリウム蒸気ランプなど、光源のスペクトルがおかしい場合、センサーのスペクトル応答が光点曲線とどの程度一致するかによっては、センサーからのルクス測定値がキャリブレーション済みの照度計で示されるものと一致しないことがあります。これはそれ自体は単位変換の問題ではありませんが、単位の変換が難しいと思っている人にとっては悩みの種です。

各単位をいつ使うべきか

国際的なものや新しいデザインのものにはルクスにこだわりましょう。これはSIユニットであり、最新のセンサーのキャリブレーションに使われているもので、IECやISO規格にも使われているものです。

アメリカの照明規定、OSHAの要件、またはインペリアル単位で仕様を設定する顧客を扱う場合は、フートキャンドルを使用してください。それに対抗するのではなく、正確に変換してください。

Milliluxは、暗視システム、天文機器、センサーノイズフロアの特性評価など、低照度の用途に役立ちます。Kilolux は屋外での測定値を読みやすくします。

写真?正直なところ、古い文献を読んでいる場合や、レガシー機器を使用している場合を除き、おそらく無視してかまいません。しかし、万が一遭遇したときには、10,000を掛ければルクスが得られることがわかるでしょう。

やってみよう

次回、フートキャンドルの照明スペックを眺めているときに、センサーのデータシートがルクス単位だったら、暗算はやめましょう。照度単位コンバーターを開いて、正確な数を秒単位で取得してください。月明かり、オフィス照明、明るい屋外、直射日光などの一般的な基準点を処理し、ルクス、フートキャンドル、ミリルクス、キロルクス、および写真を変換します。小数点以下の桁数を減らしたり、間違った変換係数を使用したりする機会が 1 つ減りました。