Šviesos jutikliai atrodo gana paprasti. Jie matuoja šviesą, kaip termometras matuoja temperatūrą, o spidometras – greitį. Temperatūrą ir greitį lengva suprasti, nes juos jaučiame paprastai. Tačiau šviesa yra labai sudėtinga. Temperatūra ir greitis yra intensyvios savybės, todėl jos nepriklauso nuo objekto masės ar dydžio. Šviesą galima matuoti kaip ekstensyvią savybę, t. y. visa surinkta šviesa priklauso nuo kolektoriaus dydžio (pvz., sąvartyno saulės kolektorius surenka daugiau šviesos nei mažytis saulės telefono įkroviklis), arba intensyviai, dalijant iš ploto.
Tačiau ką apskritai matuoja šviesos jutikliai? Fotonus? Energiją? Tai sudėtinga. Prieš bandant suprasti šviesos jutiklius, svarbu suprasti matavimo vienetus.
Šviesos jutiklių vienetai
Prieš tinkamai suprasdami šviesos jutiklius ir jų taikymą, turime mokėti kiekybiškai įvertinti šviesą. Deja, matuojant šviesą naudojami keistoki vienetai. Pavyzdžiui, lemputės paprastai vertinamos liumenais, tačiau šviesos jutikliai paprastai matuojami liuksais. Be to, tiek liumenai, tiek liuksai yra grindžiami paslaptingu baziniu vienetu, vadinamu kandela.
Kandela
Šis vienetas naudojamas šviesos intensyvumui apibūdinti, t. y. kaip stipri šviesa atrodo žmogaus akiai. Jis pagrįstas oficialia SI formule, pagal kurią kiekvienas šviesos pluošto bangos ilgis įvertinamas pagal tai, kaip jautriai jam reaguoja žmogaus akis. Kuo didesnis šviesos pluošto šviesos intensyvumas, tuo jautresnė jam žmogaus akis. (Kandelos anksčiau buvo vadinamos žvakėmis, o įprastos žvakės šviesos stipris yra maždaug viena kandela. Protinga, tiesa?) Kandelos nenaudojamos lyginant lemputes ir žibintuvėlius todėl, kad spindulio intensyvumas priklauso ne tik nuo lemputės galingumo, bet ir nuo to, kiek to galingumo yra sutelkta tam tikra kryptimi. Daugumoje žibintuvėlių už lemputės naudojami veidrodžiai, kurie sukoncentruoja daugiau šviesos išėjimo kryptimi ir todėl atrodo ryškesni. Tai reiškia, kad lemputės intensyvumas tam tikra kryptimi padidėja, nors naudojama ta pati galia ir skleidžiamas tas pats bendras šviesos kiekis. Norint tinkamai išmatuoti lemputės galingumą, reikia naujo vieneto – liumeno.
Lumenas
Liumenas naudojamas bendram lemputės šviesos srautui matuoti. Tai šviesos stiprio (kandelomis) ir kampo, kurį užpildo spindulys (steradianais), sandauga. Visomis kryptimis šviesą skleidžiančios lemputės šviesos intensyvumas gali būti 10 kandelų, o padauginus iš 4π steradiano, šviesos srautas būtų 126 liumenai. Kaip ir žibintuvėlyje, vienoje lemputės pusėje esantis veidrodis lemputės kitą pusę padaro šviesesnę, nes atspindi pusę lemputės šviesos srauto. Šviesos intensyvumas padvigubėtų iki 20 kandelų, tačiau kietasis kampas sumažėtų perpus – iki 2π steradiano. Padauginus priešais veidrodį esančios šviesos intensyvumą ir naująjį kietąjį kampą, vis tiek gautume 126 liumenų šviesos srautą. Nesvarbu, kaip šviesa atspindima ir koncentruojama, ši lemputė visada skleis 126 liumenų šviesos srautą.
Liuksai
Jei lemputės vertinamos liumenais, kodėl šviesos jutikliai turi naudoti kitą vienetą? Dėl šios priežasties muzikantai koncertuose nėra apakinami. Vienas žibintuvėlis gali atrodyti akinantis, kai šviečia centimetro atstumu nuo Drake’o akių, tačiau telefonų žibintuvėlių, nukreiptų į sceną, jūra visai neakina. Kadangi šviesa išsisklaido, kai išeina iš telefono, scenoje į akis patenka tik nedidelis šviesos kiekis. Kai objektas tolsta nuo šviesos šaltinio, mažėja ir jam tenkanti šviesos dalis. Kad tinkamai išmatuotume šviesos srautą, kurį suvokia paviršius, vadinamą apšviestumu, naudojame vienetą, vadinamą liuksu, kuris lygus vienam liumenui kvadratiniame metre. Tuo pačiu atstumu nuo šviesos šaltinio 1 kvadratinio metro lapą veikia toks pat apšviestumas kaip ir 10 kvadratinių metrų lapą. Jei šviesos srautą matuojame liumenais, didesnis lapas surenka dešimt kartų daugiau šviesos, tačiau jo plotas yra toks pat didelis, todėl apšviestumas yra toks pat. Jei lakštai juda link šviesos šaltinio, kiekvieno lakšto užimamas vientisas kampas didėja, todėl apšviestumas taip pat didėja. Šviesos intensyvumas nekinta, lakštų plotas nekinta, tačiau didėja užimamas kietasis kampas, todėl didėja jų apšviestumas. Šviesos jutikliai turi matuoti apšviestumą, nes jis parodo ploto vienetui tenkančią šviesą, o šviesos jutikliai negali žinoti, kokį kampą jie užima.
