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1planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Photométrie
V2010
2planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
La lumière???
Lumière = Ondes? Rayons? Photon?
Photon
3planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
diffraction
laser
Petiteouverture
Le phénomène de diffraction devient important siles structures ont une taille comparable à la longueur d’onde
4planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Diffraction
Petiteouverture
θdλ
d
λθ =sin
-> réseau de diffraction, spectromètre,….
5planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
polarisation
Polarisation linéaire Polarisation circulaire Polarisation elliptique
rayonnement polarisé
rayonnement dont le champ électromagnétique, qui esttransversal, est orienté dans des directions définies
6planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
polariseur
7planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
8planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
c=λ . f =299’792’458 m/s ≅ 3·108 m/soùc: vitesse de la lumièreλ: longueur d’onde f: fréquenceLa longueur d’onde est typiquement exprimée en nm (10-9m) . Ancienne unité, l’Angström Å (10-10 m).
9planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
NOTE – Il n'y a pas de limites précises pour le domaine spectral du rayonnement visible; ces limites dépendent du flux énergétique qui atteint la rétine et de la sensibilité de l'observateur. La limite inférieure est prise généralement entre 360 nm et 400 nm et la limite supérieure entre 760 et 830 nm.
Type de lumière Longueur d’onde Frequences
Rayonnement ultraviolet (UV) 10 nm ... 400 nm 30 PHz ... 750 THz
Lumière visible 380 nm ... 780 nm 790 THz...380 THz
Rayonnement infrarouge (IR) 780 nm ... (1 mm) 380 THz… (300 GHz)
Domaine du rayonnement optique
10planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
www.wikipedia.org
11planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Bandes spectrales Sensationcolorée
380 nm à 425 nm violet
460 nm à 480 nm bleu
520 nm à 560 nm vert
565 nm à 575 nm jaune
575 nm à 595 nm orange
600 nm à 780 nm rouge
Notes: 1. les valeurs des limites des bandes spectrales ne sont pas standardisées2. Il y a des sensations colorées qu’on ne peut pas attribuer àune longueur d’onde unique (mélange de couleurs…)
12planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
UV
UV (100nm ... 400nm) est subdivisé selon la longueur d’onde en tsecteurs:
EUV (10nm ... 120nm) UV extrême, lithographie, astronomie (solaire),
A la surface terrestre : 0 %UV-C (100nm ... 280nm) germicide, dangereux en dessous de 185nm l’air est ionisé (oxygène ozone)A la surface terrestre : 0 % coups de soleil, inflammation de la cornée, perte de la vue UV-B (280nm ... 315nm) forme pour l’homme la vitamine D2. A la surface terrestre : 5 % nuisible pour les yeux et la peau, coups de soleil, inflammation de la cornéeUV-A (315nm ... 400nm) est apprécié, brunit la peau, peut être curatif.A la surface terrestre : 95 %
13planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Fonction actinique de l’érythème
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
250 270 290 310 330 350 370 390
longeur d'onde / nm
s_e
r(la
m)
1.E-04
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
250 270 290 310 330 350 370 390
longeur d'onde / nm
s_e
r(la
m)
14planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Spectre
Un spectre continu (contenant toutes les longueurs d’onde)est une courbe (radiateurs thermiques).
Les lampes à décharge (tubes àfluorescence) présentent surtout un spectre de raies où seules certaines longueurs d’onde sont présentes,
15planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
16planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Loi de Planck
Température plus élevée:-maximum se déplace vers les courtes longueur d’onde (bleu) ->loi de Wien-Radiance augmente d’une façon importante -> loi de Stefan-Boltzmann
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400.0
1600.0
380 480 580 680 780
longueur d'onde / nm
radi
ance
spe
ctra
l (u.
a.)
T=2600K
T=2856KT=3000K
T=3200K
1
12),(
20
51
−⋅
Ω=
⋅TcSKe
e
cTL
λλ λ
λ
17planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Blackbody radiation and
visible spectra
18planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
19planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
• Lumière solaire : Le soleil est un émetteur thermique d'env. 5800K. La puissance rayonnée universelle est de1374 W/m2. Sur la terre, il reste env. 700 - 1000 W/m2 (cellules photoélectriques, production de chaleur)
• Nuages, ciel:L’atmosphère terrestre n'est perméable qu'aux ondes d’environ 300nm - 4500nm (pas d'UV-C ni d'IR-C sauf dans les trous d’ozone!). L’atmosphère est une source secondaire, la dispersion des rayons solaires par les molécules d’air donne la lumière bleue du ciel. Des plus grosses particules telles que poussières, gouttes d’eau dispersent encore ce rayonnement résiduel (nuages blancs, rougeur crépusculaire ou matinale).
20planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Spectre du ciel
1: Lumière solaire sur la surface terrestre, à 25°par rapport au zénith.
2: Ciel couvert.
3: Ciel clair
21planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
• 1.2 Types de lumière normalisée • Ceux-ci sont spécifiés d'après la CIE (Commission Internationale de
l'Eclairage). Afin de choisir les sources lumineuses, les matériaux, la couleur ainsi que la technique utilisée, il faut impérativement déterminer la lumière employée.
• Lumière normalisée A: correspond à une température de couleur de 2856 K (lampe à incandescence).
• Lumière normalisée C : correspond à une température de couleur de 6744 K (lumière du jour moyenne, combinaison soleil-ciel). Réalisation avec lampe à incandescence et filtre correspondant
• Lumière normalisée D65 : correspond à une température de couleur de 6504 K (lumière du jour moyenne avec UV. Important pour l'évaluation et l’authenticité des couleurs, problèmes de jaunissement etc.) Sa réalisation est problématique.
22planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source normalisée
23planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Discharge lamps
24planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Spectre de lignes
In atoms several series of sharp emission lines exists that are typical for each element. They describe the atoms electronic structure.
Helium
Neon
Argon
Sodium
Krypton
Xenon
25planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
26planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
27planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
LED
28planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Spectre LED
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
LED-bleu
LED-vert
LED-orange
LED-rouge
LED-blanche
29planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
λnm532
Laser verte (type Nd:YAG doublé)
30planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Exercices
peter.blattner@metas.ch
Observer le spectre de différents lamps
31planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Le flux énergétique (Φe)
flux énergétique, puissance rayonnante Φe
est la puissance émise, transmise ou revue sous forme de rayonnement
Unité SI: W (Watt)
(W)eΦ
(W) electriqueP
Mais la sensation au niveau des yeux dépend du spectre de la source.Des parties du rayonnement (UV et IR) ne sont pas visible -> Le flux énergétique n’est pas la bonne quantité pour d’écrire lasensations visuelle
32planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
longueur d'onde / nm
V( λ
)
efficacité lumineuse relative spectrale
)( iV λ
La sensibilité lumineuse à 480 nm n’est que 15% de celle à 555nm
33planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
1.0E-5
1.0E-4
1.0E-3
1.0E-2
1.0E-1
1.0E+0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
longueur d'onde / nm
V( λ
))( iV λ
efficacité lumineuse relative spectrale
Gra
phe
loga
rithm
ique
La sensibilité lumineuse à 730 nm n’est que 0.05% de celle à 555nm
34planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Le flux lumineux (Φ,Φv)
Le flux énergétique n’est pas la bonne quantité pour d’écrire lasensations visuelle -> nouvelle quantité qui tient compte dela sensibilité spectrale:
Le flux lumineux (Φ,Φv)
Unité SI: [Φv]=lm
Pour une source monochromatique (qui n’a qu’une ligne spectrale)
Wlm683)()( ⋅⋅Φ=Φ iiev V λλ
35planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
W2)480( ==Φ λe139.0)nm480( =λV
Exemple: source à 480 nm de 2W
lm190≅Φ→ v
Example: quelle flux énergétique est nécessaire si on veutobtenir la même sensation lumineuse avec une source de longueur d’onde λ =660 nm?
061.0)nm660( =λV
W56.4
Wlm683)nm660(
)660( ≅⋅
Φ==Φλ
λV
ve
N.B: Il va y avoir q-m une différence car la lumière à 480 nm est bleueet celle à 660 nm rouge. D’autre part la lumière blanche peu être crée par différentes spectres.
Mais la généralisation est correcte: on ne peut déduire le flux énergetique(W) d’une source à partir du flux lumineux (lm) seulement si on connaît la composition spectrale de la source.
Wlm683)()( ⋅⋅Φ=Φ iiev V λλ
36planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Spectre multi-lignes
( )610530480 503.0865.014.0Wlm683 Φ+Φ+Φ=Φv
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
longueur d'onde / nm
V( λ
)
W2480 =Φ
W7530 =Φ W10610 =Φ
lm7746≅Φv
14.0)nm480( =λV
865.0)nm530( =λV
503.0)nm610( =λV
480nm 530nm 610nm λ
W/Φ
( )W10503.0W7865.0W214.0Wlm683 ⋅+⋅+⋅=vΦ
37planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
longueur d'onde / nm
V( λ
)
λλλ d)()(Wlm683
780nm
nm380
VΦΦ ev ∫=
Spectre continu
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
400.0
450.0
500.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
longueur d'onde / nm
dist
ribut
ion
spec
tral
e (u
.a.)
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
400.0
450.0
500.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
longueur d'onde / nm
dist
ribut
ion
spec
tral
e (u
.a.)
*
=
Recettes:1. Multiplier le spectre avec V(λ)2. Déterminer la surface de la courbe3. Multiplier avec 683 lm/W
Mathématiciens: calcul intégral
38planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Flux lumineux, valeur typique
• Exemples de flux lumineux de différentes sources:• lampe à incandescence 230 V/100 W 1380 lm• lampe à incandescence halogène 12 V/100 W 2550 lm• lampe à fluorescence 230 V/36 W 3450 lm• lampe à vapeur métallique halogène 230 V/70 W 5500 lm• lampe à valeur de sodium haute pression 230 V/100 W 10000 lm • lampe à vapeur de sodium basse pression 230 V/90 W 13500 lm• Pointeur Laser verte 5mW 3 lm = (0.005 * 0.88 * 683)lm
Projecteur: ANSI lumen
Flux mesuré dans des conditionsspécifiques
1 m2
39planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Vision scotopique, photopique
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
longueur d'onde / nm
scotopiquephotopique
Photopique: vision de jour (cônes)Scotopique: vision de nuit (batônnets)
Notes:-Scotopique: Sensibilité est décalée vers le bleu, la sensibilité trois plus élevée-dans le domaine d’éclairage on travaille principalement avec la vision photopique-Il existe un domaine entre photopique et scotopique: mésopique
lm/W683=mK)(λV
)(' λV
lm/W1700' =mK
nm555=mλ
nm507' =mλ
40planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Radiométrie -> Photométrie
peter.blattner@metas.ch
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
350 400 450 500 550 600 650 700 750
Wavelength / nm
eP
Puissance électrique
∫= λλd,ee ΦΦ
Puissance optique
)( iV λŒil humain/photomètrePondération spectrale
et sommation
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
longueur d'onde / nm
V( λ
)
λλλ d)()( emv ΦVKΦ ∫=Flux lumineux:
Photom étrie
Radiom étrie
41planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Relations
peter.blattner@metas.ch
W
lm][, == v
e
vv P
Φ ηη
W
lm][, == K
Φ
ΦK
e
vefficacité lumineuse d‘un rayonnement: (Photometrische Strahlungsäquivalent,
luminous efficacy of a radiation)
efficacité lumineuse d‘une source :(Lichtausbeute einer Strahlungsquelle,
luminous efficacy of a source)
rendement énergetique d‘une source :(Strahlungsausbeute einer Strahlungsquelle,
Radiant efficieny)
1W
W][, === e
e
ee P
Φ ηη
Kev ηη =efficacité lumineuse relative d‘un rayonnement:
(visueller Nutzeffekt einer Strahlung,luminous efficiency of a radiation)
1][, =⋅
= VKΦ
ΦV
me
v
efficacité lumineuse relative spectrale …)(λV
42planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
rendement énergetique d‘une source
incandescence : LED blanche:80% à 90% 10% à 25%
efficacité lumineuse d‘un rayonnement
incandescence : LED blanche:12 à 18 lm / W
efficacité lumineuse d‘une source
incandescence : 10 à 15 lm/W LED blanche: 25 à 75 lm / W
250 à 300 lm / W
43planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Observer les lampes à travers un filtre visible
peter.blattner@metas.ch
44planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
L’intensité lumineuse (I, Iv)
Ωd
L’intensité lumineuse (d'une source, dans une direction donnée) est le quotient du flux lumineux dΦvquittant la source et se propageant dans l'élément d'angle solide dΩ contenant la direction donnée, par cet élément d'angle solide
Ω
ΦI v
v d
d=
Notes-l’intensité lumineuse est une propriété d’une source (ponctuelle)-l’intensité lumineuse dépend (normalement) de l’angle d’émission-Ne dépend pas de la distance!-l’unité SI: [Iv]=cd (Candela)-Source isotrope:
π4v
v
ΦI =
45planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
L’intensité lumineuse (I, Iv)
La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 x 1012 hertz et dont l'intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian
Notes:-En 1979, la 16e CGPM (1979, Résolution 3) adopta la présente définition de la candela-la fréquence 540 x 1012 hertz correspond à 555 nm (dans l’air standard)-La valeur de la constant (i.e. 1/683) a été choisi pour rester compatible avec les définitions ultérieures (source Planck, étalons à flamme ou à filament incandescent…)- Dans la définition du candela la fonction V(l) n’est pas mentionné. Mais elle est définie dans mis en pratique de la définition (« principles régissant la photométrie », Monographie, BIPM 1983)
46planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Luminance Éclairement lumineux 1 candela par pieds carrés, cd/ft² ≅ 0.0929 cd/m² 1 foot-candle, fc, (ftc) ≅ 0.0929 lx 1 candela par pouces carrées, cd/in² ≅ 0.000645 cd/m² 10000 phot, ph = 1 lx 1 nit = 1 cd/m² 10 milliphot, mph = 1 lx 1 foot-lambert, fL, (ftL) ≅ 0.2919 cd/m² 1 nox, nox = 1000 lx 0.001 glim, ≅ 0.2919 cd/m² 10000 stilb, sb = 1 cd/m² 10000 lambert, (L) ≅ 3.1416 cd/m² Intensité lumineuse 10 millilambert, (mL) ≅ 3.1416 cd/m² 20.17 violle, = 1 cd 1 blondel, ≅ 3.1416 cd/m² 0.903 bougie hefner = 1 cd
1 apostilb, asb ≅ 3.1416 cd/m² 1.0085 bougie decim., bougie internat. = 1 cd
0.001 skot, scot, sk, sc ≅ 3.1416 cd/m² 9.71 carcel, = 1 cd 0.0000001 bril, = 3.1416 cd/m² quantité de lumière 1 talbot, = 1 lm·s 1 lumberg, = 1 lm·s 3600 lumen hour, lm·h = 1 lm·s
47planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Exemples de l’intensité lumineuse:•Lampe à bicyclette sans reflecteurs 1 cd •Lampe à bicyclette avec reflecteurs 250 cd•Lampe 150 W avec réflecteurs 24’000 cd•Phares voitures (feu de croisement) <9’400 cd•Phares voitures (feu de route) >30’000 cd•Phare marin 200’000 à 5’000’000 cd
48planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
LED luminaire
Same LED typeOriented in the same directions
Similar relative luminous intensity distribution,i.e. similar far-field
Same LED typeOriented in the same directions
48
49planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
L’éclairement lumineux (E, Ev)
L’éclairement (lumineux) (en un point d'une surface) est le quotient du flux lumineux dΦv reçu par un élément de la surface contenant le point, par l'aire dA de cet élément
AE v
v d
dΦ=
vE
Ad
vΦ
Notes-L’éclairement lumineux est liée à une surface -L’éclairement lumineux dépend (normalement) de la position et de l’angle d’acceptance-l’unité SI: [Ev]=lx (Lux)
50planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
L’éclairement lumineux (E, Ev)
Exemples d’éclairement:•journées d’été sans nuages, jusqu’à 100’000 lx •journées d’ete sombres 20’000 lx •journées d’hivers sombres 3’000 lx •nuits de pleine lune 0.3 lx •nuits étoilées 0.01 lx •éclairage de bureau 500 lx •Pointeur laser verte 5mW, 1mm diameter 4e6 lx
51planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Surface inclinée
A
AE
Φ= θcos' AA =
'A
θ
Surface apparente
θcos'' EAEA ==Φ
θcos/'' EAE =Φ=
Flux réduit:
Éclairement sur la surface inclinée:
52planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
θcosEEh =
Éclairement horizontal
A
θ
hE
Éclairement vertical
'A
θ
θsinEEv = θtanhv EE =
Attention: ces relations ne sont valable que dansdes situations simples (source unique à grande distance)
53planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
• Luxmètre
peter.blattner@metas.ch
54planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Gedankenexperiment
1. Petite source
2. Grande source
vI
vI
Deux sources avec les mêmes intensités lumineuses
vE
vE
Un luxmètre mesurerait le même éclairement verticale à la pupille de l‘oeil,mais petite source semblerait d‘être plus lumineux !
55planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Luminance (Lv, L)
luminance (lumineuse), luminance visuelle (dans une direction donnée, en un point donné d'une surface réelle ou fictive) est la grandeur définie par la formule
où dI est l’intensité lumineuse en un point donnée et dans une la direction donnée; dA est l'aire d'une section de ce faisceau au point donné;
A
IL v
v d
d=
θcosd
d
⋅=
A
IL v
v
θ est l'angle entre la normale à cette section et la direction du faisceau
Si la surface A n’est pas perpendiculaire au flux lumineux, on a
56planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Luminance (Lv, L)
Source étendueSource ponctuelle
vI vLA,vv LAI ⋅=
Notes-La luminance est une propriété d’une source étendue (surface lumineuse,…)-La luminance dépend (normalement) de l’angle et du point d’émission-l’unité SI: [Lv]=cd / m2 (Candela par mètre carré)-Les propriétés de vision sont fortement liée à la luminance (niveau d’adaptation, éblouissement,…)-La luminance n’est pas dépendante de la distance-Un système optique ne peut augmenté la luminance
57planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Formation d’image & luminance
i
o
o
i
o
i
x
x
d
dM
αα≅==
D,f
dodi
xixo
αo αi
-> Un système de formation d’image idéal conserve la luminance!!ps.: dans un système réel luminance d’image < luminance d’objet
L’objet est plus grand, mais l’angle plus petit
58planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Vision et luminance
-On peut mesurer la luminance « à distance »-Les propriétés de vision sont fortement liée à la luminance (niveau d’adaptation, éblouissement,…)
Dans l’éclairage publique la notion de luminance est important pour- specifier « luminosité » de la chaussée (le niveau…)- estiminer l’éblouissement d’une source
59planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Luminance (Lv, L)
On peut crée la même intensité lumineuse avec une plus petite sourcemais une luminance plus grande
22 LAI ⋅=11 LAI ⋅=
cm5,cd9000 == DI cm15,cd9000 == DI
2622
cd/m106.4,m0019.04
⋅=== LD
Aπ 25 cd/m101.5 ⋅=L
60planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
• Luminancemètre
peter.blattner@metas.ch
61planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Luminance (Lv, L)
Valeur typique de luminances: • filament tungstène 5e6 … 35e6 cd/m2
• ciel légèrement couvert 5000 ... 50000 cd/m2
•ciel couvert 1000 … 3000 cd/m2
•lampe à incandescence opale (100W) ~ 60000 cd/m2
•tube fluorescent TL 5000 ... 15000 cd/m2
•papier blanc à 500 lx 130 ... 150 cd/m2
•papier recyclé 90 ... 100 cd/m2
•chaussée dans une tunnel routière 1 … 4 cd/m2
•television LCD 400 … 500 cd/m2
•pointeur laser verte 1mm, 1mrad 1e13 cd/m2
62planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Le laser
2λΦ≅
Ω⋅Φ=
ALLaser
2λ≅Ω⋅ALaser: source “parfait”:
ΩA
2λΦ≅
Ω⋅Φ=
AL
->Valeurs énormes !-> éblouissement, nuisances
63planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
LED
31.8cd,lm100 lambert ≅=Ω I mm1mm1 ×=A
Highpower LED
262 cd/m8.3131.8cd/mm eL =≅
64planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
luminosité ≠ luminance
peter.blattner@metas.ch
• Doubler la luminance ne va pas doublerla sensisation de luminosité
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 5 10 15 20 25 30 35
Leuchtdichte (u.a.)
Hel
ligke
itsem
pfin
dung
(u.
a.)
mLH ~
La sensation de luminosité dépend aussi de la luminanced‘adaptation, du contraste et de la coleur…
-> classification luminositéastronomique
65planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Grandeurs photométriques
peter.blattner@metas.ch
peter.blattner@metas.ch
PhotometrischeGrösse
GrandeursPhotométriques
Photometrical quantities
Einheit
Lichtfluss,Lichtstrom
flux lumineux luminous flux lm
Beleuchtungstärke éclairement lumineux
illuminance lm /m2 = lx
Lichtstärke intensitélumineuse
luminous intensity
lm / sr = cd
Leuchtdichte luminance (lumineuse)
luminance lm / (sr m2) = cd/m2
vΦ
vE
vI
vL
66planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Relation entres les quantités photométriques
peter.blattner@metas.ch
67planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Relation entres les quantités photométriques
ΩΦ== v
vIsolide angle
flux
2d
A=Ω
Intensité lumineusede la source:
A
d
vI
Ω
Angle solide:
2dA
vΦ=
Eclairement lumineuxreçu par la surface: A
E vv
Φ==surface
flux2d
Iv=
-> pour une source ponctuelle l’éclairement lumineux diminue avec le carréde la distance
68planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
-> pour une source ponctuelle l’éclairement lumineux diminue avec le carréde la distance
Les surfaces réceptrices augmentent!
69planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
0 1 2 3 4 5
distance / m
Ecl
aire
men
t /
lx
-> pour une source ponctuelle l’éclairement lumineux diminue avec le carréde la distance (« loi photométrique »)
Example: source 1 candela
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
0.1 1 10 100
distance / m
Ecl
aire
men
t /
lx
Notes:• une source ponctuelle de 1 cd produit à 1 m un éclairement de 1 lx
70planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Exercice
m5.21 =d
lx5001 =E
m22 =d
lx7811
2
2
12 ≅
= E
d
dE
lx78122
2 ≅=d
IE
cd3125211 ≅⋅= dEI
71planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source ponctuelle
source ponctuelle• est une source de rayonnement dont les
dimensions sont assez petites, par rapport à la distance entre la source et la surface irradiée, pour être négligeables dans les calculs et les mesures
• NOTE – Une source ponctuelle qui émet uniformément dans toutes les directions est appelée source ponctuelle isotrope ou source ponctuelle uniforme.
72planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source isotrope
const.),( 0 == II ϕθ
π40
Φ=I
Example:source isotrope d’un flux lumineux de 1380 lm (100W tungstène)
émet une intensité lumineuse de 110 cd dans toutes les directions
73planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source lambertienne
)cos()( 0 θθ II =
θ
πΦ== ALI 00
Surface à luminance constante
const.),( 0 == LL ϕθ
Mais surface apparante change avec l’angle
AL
⋅Φ=
π0
πΦ=0I
π4
Φ=I
Source lambertienne Source isotrope
74planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source lambertienne
Surface
20
20
d
AL
d
IE ==
Pour de petits distances l’éclairement augmenterait à infini
∞→→ Ed ,0
N’est pas possible !
0si? →= dE
75planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0 20 40 60 80 100 120
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
0.1 1 10 100
020 Ω
d
IE =
0→∞→ dE if
d
E
Validity of inverse square law
75
Peter Blattner „Basic concept in photometry“,
CIE D2 Tutorial 2010,
d
E
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
0.1 1 10 100
theory
measured
dataE
d
76planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Calculs champs proche
Séparation en petits éléments émettrices
ii
i d
LAE θ4
2cos=
1A2AiA
nA
iθid
d
Eclairement du à un petit élément
Somme sur toute les éléments
∑= iEE
Pour une source rondes de rayons x:
2222
2
2)/(1 dx
I
dx
Lx
xd
LE
+=
+=
+= ππ
d
x
2d
IExd =→>>Remarque si comme avant (source ponctuelle)
77planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Estimation de l’erreur:
22 dx
IE
+=
d
x
−≅
+
=2
222
1
1d
x
d
I
d
xd
IE
%1ionapproximatl'deerreur10 <→> xd
Une source lambertienne peut être considérer comme source ponctuelle pourune distance plus grande que 5 fois le diamètre de la source (erreur < 1%)
78planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
22correct dx
IE
+=
d
x2approx d
IE =
m5.02 =x
luminance
diameter
surface 22 m196.0≅= xA π
Intensité lumineuse
2cd/m000'10=L
cd960'1≅⋅= LAI
Distance /m
E correct / lx Eapprox /lx Erreur
10 19.62 19.63 0.06%
5 78.34 78.54 0.25%
2.5 311.05 314.16 1.0%
1 1847 1963 6%
0.5 6283 7854 25%
0.2 19156 49087 156%
79planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
1.E+07
1.E+08
0.01 0.1 1 10
distance / m
Ecl
aire
men
t /
lx
correctapprox
Lx
AL
x
IdE π====
22correct )0(
80planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Une source lambertienne peut être considérer comme source ponctuelle pourune distance plus grande que 5 fois le diamètre de la source
Une source non-lambertienne ?
Les distances minimales pour que la loi photométrique soit applicable pour une source non-lambertienne (par example un phare) peuvent être nettementplus grande!!
Examples: phare voiture: diamètre 5 à 15 cm -> distance de mesure 25mLuminaire intérieur: distance de mesure 10m à 25mPhare marine: diamètre 50cm à 1m -> distance de mesure 300m
Conséquences:Si on veut mesurer la « vraie » intensité lumineuse (ou distribution d’intensitélumineuse) la distance de mesure doit être choisi assez grande pour que la loi photométrique soit valable.
81planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Near field of an „ideal“ LED
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
0.1 1 10 100
inverse square law
60°
45°
30°
20°
15°
10°
5°
3°
2°
1°
vE
d
[ ]α)1(020 cos1
1
2 +−+
= gv g
I
a
ΩE
On-axis illuminance:
81
82planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Comment trouver la luminance à partir de l’éclairement?
E
ALI =2d
IE =
A
dEL
2⋅=
2 possibilités:
E
A
d
L
1. A est d sont connue
2. l’extension angulaire de la source est connue Ω
Ω= /ELE
Ω
83planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Exemple
lx000'100≅E
• Luminance du soleil?
Diamètre angulaire apparente
°=≅ 53.0'322αAngle solide
sre8.6)cos1(2 -5≅−=Ω απ
29 cd/m5.1 eL ≅
84planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Quantités photométriques
• Le flux lumineux
• L’intensité lumineuse• L’éclairement
lumineux
• La luminance
lm][, =ΦΦ
cdsr
lm][, ==II
lxm
lm][,
2==EE
2cd/m][, =LL
Sources:Isotrope (ponctuelle)Lambertienne (surface)
const.=I
θcosconst., 0IIL ==
http://www.electropedia.org -> „vocabulaire éclairage (ILV, 845)“
85planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Lois fondamontales
peter.blattner@metas.ch
θ
θcos0EE =E
d
I
2d
IE =
86planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Example de calculs
m5.21 =d
m5.1=Ld
cd350=I
Source isotrope
?=E
87planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source isotrope
const.)( 0 == II θ
θ
h
d
θθcos
)(2d
IE = θθθ 3
203
2coscos
)(
h
I
h
I ==
)(θIθ
θcos
h=
88planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source isotrope
const.0 == II
θ
h22 xhd +=
hd
I
d
IE
32
)(cos
)( θθθ == ( )322
0
xh
hI
+
⋅=
x
θ)(θI
89planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source lambertienne
θθ coscos 00 ALII ==
θ
h
θcos
hd =
θθθθ 322
cos)(
cos)(
h
I
d
IE == θ4
20 cos
h
I=
θ
)(θI
90planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
22 xhd +=
Source lambertienne
θcos0II =
θ
h
24
22
)(cos
)(h
d
I
d
IE
θθθ == 222
2
)( hd
hI
+⋅=
θ
x
)(θI
91planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
92planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
distribution de l’intensité lumineuse
La courbe de distribution de l’intensité lumineuse d’un luminaire indique la distribution de l’intensitélumineuse dans différentes directions du local.On utilise normalement pour cela le système de coordonnées polaires selon la figure suivante.
Normalement lesValeures sont normalisées à1000 lm
c.a.d il faut multipliéavec flux/1000lm des lampes
93planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
2 lampesà 3650 lm
I?300 cd/klm
200 cd/klm
100 cd/klm
94planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
95planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
•Plan A: la droite d’intersection est perpendiculaire et horizontale par rapport à l’axe du luminaire. Le sens de rotation du plan est contraire à celui des aiguilles d’une montre, l’angle de rotation est désigné par α
•Plan B: la droite d’intersection passe par l’axe du luminaire. Le sens de rotation est contraire à celui des aiguilles d’une montre, l’angle de rotation est désigné par β
•Plan C: la droite d’intersection est perpendiculaire et verticale par rapport à l’axe du luminaire. Le sens de rotation est celui des aiguilles d’une montre, l’angle de rotation est désigné par γ
Les plans C font l’objet d’une certaine préférence étant donné que leur axe de rotation est toujours vertical. En éclairage intérieur, on peut ainsi atteindre chaque point de la pièce avec relativement peu d’effort. •Le plan C0 est perpendiculaire à l’axe du luminaire, •Le plan C90 est parallèle à l’axe du luminaire
96planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Source quelconque
θ
h
x
θ)(θI
θθ 32
cos)(
h
IE =
97planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Exemple de calculs
m3.2=h
°= 30θ
lm6600=Φ
Luminaire équipée de2 lampes à:
?E
98planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Exemple de calculs
m3=d
°= 45θ
lm6600=Φ
Luminaire équipée de2 lampes à:
?E
99planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Modèle simple
d
Source
Φ
surface
Lobservateur
Eéclairement
Relation entre E et L ?
Cela dépend de la surface !
100planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Sources LED
m=1
m=2
m=5m=10
m=50
)(cos)( 0 θθ mII =
)(θI
0I
Model simple:
101planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Sources LED
m=1
m=2m=5m=10m=50
)(cos)( 0 θθ mII =
m
II m 5.0log
)log(cos5.0cos2
)( 5.05.00
5.0 =→=→= θθθ m θ0.5
1 42.3°
2 30.7°
5 19.7°
10 14°
50 6.3°
xmyxy m loglog =→=
=m
5.0logexparccos5.0θ
Model simple:
Quelle est le demi-angle d’ouverture pour les différentes valeurs de m?
102planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
L’efficacité lumineuse d’une source est définie par:
Φ=elP
η
où Pel est l’énergie électrique consommée par la sourceLe rendement maximum possible est de 683 lm/W (source verte à 555nm)
Valeurs pour lampes modernes: – lampes à incandescence (10 ... 15) lm/W – lampes à halogénure (15 ... 25) lm/W – tubes fluorescents (60 ... 100) lm/W – lampes à vapeur de mercure haute pression HQl (40 ... 55) lm/W– lampes à vapeur de sodium haute pression NaH (100 ... 150) lm/W– lampes à vapeur d’halogénure métallique (60... 100) lm/W – lampes à vapeur de sodium basse pression Na (150 ... 200) lm/W
L’efficacité lumineuse d’une source
103planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
Exercices pratiques
peter.blattner@metas.ch
104planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
rendement optique
• rendement optique (d'un luminaire) rapport du
flux total du luminaire ΦLB, mesuré dans des
conditions spécifiées, à la somme des flux
lumineux individuels des lampes ΦL lorsqu'elles
sont à l'intérieur du luminaire
ΦΦ=
L
LBLBη
• Dans le cas où la lampe n’est pas séparable du
luminaire (i.e. luminaire LED) le rendement
optique est 100%...
105planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
• Le rendement optique est inclus dans la distrubution d’intensité relative!
peter.blattner@metas.ch
106planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
0
20
40
60
80
100
120
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Umgebungstemperatur / °C
rela
tiver
Lic
htst
rom
T5
T8
normierte Mess-umgebungstemperatur
Rendement > 100% possible car la température de lampeest different sans luminaire et dans le luminaire.
107planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
contraste
Un objet ne peut être perçu que s’il se détache de son environnement par sa couleur ou son contraste. La luminance de l’objet doit se
distinguer de la luminance de son environnement de telle sorte qu'il permette une vue agréable. Un contraste exagéré peut provoquer des
phénomènes indésirables d’éblouissement et faire mal aux yeux.Le contraste de luminance se calcule comme ceci:
−=
f
obf
L
LLC
Plan de travail
600mm x 800 mm
DIN A3
fL obL
108planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
rendu de contraste
Le rendu de contraste est le rapport de contraste entre le détail visualisé et l’environnement immédiat pour une
situation d’éclairage donnée et le contraste du même détail et de son environnement immédiat pour un éclairage de
référence (généralement un éclairage diffus).Le facteur de rendu de contraste CRF en tant que
caractéristique de qualité d’éclairage est défini comme suit:
C = contraste de luminance
C0 = 0.91 du contraste de référence fixé
=
0C
CCRF
109planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010peter.blattner@metas.ch
Le facteur de rendu de contraste CRF est une caractéristique de qualité de l’éclairage intérieurPour l’évaluation, on choisit un classement de 1 à 3:
Niveau Exigences CRFmin CRFmed
Niveau 1 élevées ≥ 0.95 ≥ 1,0
Niveau 2 moyenne ≥ 0,7 ≥0.85...<1.0
Niveau 3 basses ≥ 0,5 ≥0.7....<0.85
110planificateur éclairagiste SLG; 10.09.2010
http://www.rco.com
peter.blattner@metas.ch
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