[Physics] Units in Optics

광학에서의 기본 단위의 이해

스테라디안 (Steradian, sr)

스테라디안은 3차원 각도(입체각, 공간각)의 단위

• 구면의 공간각(Solid Angle, 입체각)을 측정하는 데 사용됨.

steradian

반지름 ( $r$ )인 구의 전체 표면적은 ( $4\pi r^2$ )이며,

이 전체 구면에서 1 스테라디안은  $r^2$ 의 면적에 해당하는 solid angle을 가리킴.

즉, 1 스테라디안은
구의 중심에서 볼 때, 구의 표면에 반지름의 제곱과 같은 면적을 가리키는 각도인 것임.
2D에서의 radian과 유사함.

 

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lm, cd, lux, nits

광속 (Luminous Flux, lm)

광속(Luminous flux)은 광원(light source)에서 단위 시간 동안 방출되는 가시광선의 총량을 나타내는 것으로, '루멘(lm)'으로 측정됨.

 

• 루멘의 단위는 광도(Luminous Intensity, cd)와 sr(스테라디안)을 조합하여 정의됨.
• 예를 들어, 1 cd(칸델라)의 광도를 가진 광원에서 1 sr(스테라디안)의 공간각 내로 방출되는 광속은 1 lm(루멘)인 것임.
  • 입체각이 커질수록 Luminous Flux는 증가함.
  • 광원에서의 Luminous Intensity가 커질수록 Luminous Flux는 증가함.

파라핀 촛불에 대해 초 전체를 둘러싼 구에서의 Luminous flux는 다음이 성립함.

$$ 1\text{cd} \times 4\pi \text{sr} = 4\pi \text{lm} $$

flux란
다양한 공학 분야에서도 사용되는 용어로,
어떤 물리량이 단위 시간 및 단위 면적을 통해 흐르는 양을 설명하는 데 사용됨.

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광도 (Luminous Intensity, cd)

광도(Luminous Intensity)는 광원(light source)에서 특정 방향으로 방출되는 빛의 강도를 나타내는 것으로, '칸델라(cd)'로 측정됨.

• 광도는 기본적으로 1 스테라디안의 공간각에 대해 방출되는 빛의 양으로 정의되는 것임.
• 국제 단위계 (SI)의 기본 7개의 단위 중 하나임.

참고로 파라핀 촛불 1개의 밝기에 해당함!

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조도 (Illuminance, lx)

조도(illuminance)는 단위 면적당 도달하는 빛의 양을 나타내는 것으로, '룩스(lx)' 또는 '루멘/제곱미터(lm/m²)'로 측정됨.

• 이 단위는 광속(Luminous Flux)이 어떻게 특정 면적에 분포하는지를 설명하는 것임.
• 예를 들어, 1 루멘의 광속이 1 제곱미터의 면적에 균일하게 분포될 때, 조도는 1 룩스인 것임.

사업장 등의 조명 기준이 illuminace의 단위인 lx(룩스)를 사용함.

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휘도 (Luminance, cd/m²)

휘도(Luminance)는 특정 방향에서 관측될 때 표면이나 광원에서 나오는 빛의 밝기를 측정하는 것으로,
'닛츠(nits)' 또는 '칸델라/제곱미터(cd/m²)'로 표현됨.

• 휘도(Luminance)는 광도(Luminous Intensity)가 특정 면적에 어떻게 분포하는지를 나타내는 단위로,
• 이는 광도와 면적의 비율로 계산되는 것임.

휘도에서 nits는 매우 중요한 단위로 display device에서 밝기를 측정하거나 High Dynamic Range등을 기술할 때 많이 등장함.

Luninance가 높은 display device일수록 야외에서 선명한 영상을 볼 수 있으며, high dynamic range를 구현하기에도 유리함.

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위의 단위들과 달리, brightness는 사람의 망막의 간상체와 추상체 (cons and rods)에 빛이 닿을 때 사람이 감지하는 것으로 주관적인 단위이며 0%일 때 "순흑색"에 해당하고 100%는 "순백색"임.

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2009.06.11 - [.../Physics] - 물리량의 단위

물리량의 단위

 

 

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