(完整版)發(fā)光強(qiáng)度、光通量、照度、亮度

1、光度學(xué)與光相關(guān)的常用量有4 個：發(fā)光強(qiáng)度、光通量、照度、亮度。這4 個量盡管是相關(guān)的，但為不同的，不能相混。正像壓力、重力、壓強(qiáng)、質(zhì)量是不同的物理量一樣。1、發(fā)光強(qiáng)度（ I、 Intensity ），單位坎德拉，即 cd 。（是點(diǎn)光源的固有屬性，表征光線的匯聚能力）定義：光源在給定方向的單位立體角中發(fā)射的光通量定義為光源在該方向的( 發(fā))光強(qiáng) (度)，解釋：發(fā)光強(qiáng)度是針對點(diǎn)光源而言的，或者發(fā)光體的大小與照射距離相比比較小的場合。這個量是表明發(fā)光體在空間發(fā)射的會聚能力的。可以說，發(fā)光強(qiáng)度就是描述了光源到底有多“亮”，因?yàn)樗枪夤β逝c會聚能力的一個共同的描述。發(fā)光強(qiáng)度越大，光源看起來就越亮，同時在

2、相同條件下被該光源照射后的物體也就越亮，因此，早些時候描述手電都用這個參數(shù)?，F(xiàn)在 LED 也用這個單位來描述，比如某LED 是 15000的，單位是 mcd ，1000mcd=1cd，因此 15000mcd就是 15cd 。之所以 LED 用毫 cd （ mcd ）而不直接用cd 來表示，是因?yàn)橐郧白钤鏛ED 比較暗，比如1984年標(biāo)準(zhǔn) 5mm的 LED其發(fā)光強(qiáng)度才0.005cd，因此才用 mcd表示，現(xiàn)在 LED 都很厲害了，但還是沿用原來的說法。用發(fā)光強(qiáng)度來表示“亮度”的缺點(diǎn)是，如果管芯完全一樣的兩個LED，會聚程度好的發(fā)光強(qiáng)度就高。因此，購買LED的時候不要一味追求高I 值，還要看照射角

3、度。很多高I 值的 LED 并非提高自身的發(fā)射效率來達(dá)到， 而是把鏡頭加長照射角度變窄來實(shí)現(xiàn)的， 這盡管對 LED 手電有用， 但可觀察角度也受限。另外，同樣的管芯LED，直徑5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直徑10mm的1/4，因?yàn)橥哥R越大會聚特性就越好。之所以用發(fā)光強(qiáng)度來表示手電或LED ，是因?yàn)樵谙嗤嚯x下對被照射地的照度是與這個成正比的。特別的說，距離1m的 lx 就是 cd 值。但是，很多場合下我們需要照射面積大一些，所以只用發(fā)光強(qiáng)度這一特性還不能全面反應(yīng)手電的能力。比如，同樣的筒身，換個大頭（大反光杯）則I 值馬上增大許多。因此，很多情況下我們用光通量（單位流明，見下）來表

4、示手電了。以上我們說“亮”和“亮度”時帶了引號，是因?yàn)檫@是我們常規(guī)說的亮度，并非光度學(xué)嚴(yán)格意義上的亮度，這一單位后面會展開。常見光源發(fā)光強(qiáng)度（cd ）：太陽， 2.8E27高亮手電， 100005mm超高亮 LED ， 152、光通量（ F， Flux ），單位流明，即lm 。（是光源的固有屬性，是單位時間內(nèi)光源輻射的總能量,即光功率）定義：光源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的光量稱為光源的發(fā)光通量解釋：同樣，這個量是對光源而言，是描述光源發(fā)光總量的大小的，與光功率等價。光源的光通量越大，則發(fā)出的光線越多對于各向同性的光（即光源的光線向四面八方以相同的密度發(fā)射），則F = 4 I 。也就是說，若光源的I

5、為 1cd ，則總光通量為 4 =12.56 lm 。與力學(xué)的單位比較，光通量相當(dāng)于壓力，而發(fā)光強(qiáng)度相當(dāng)于壓強(qiáng)。 要想被照射點(diǎn)看起來更亮，我們不僅要提高光通量，而且要增大會聚的手段，實(shí)際上就是減少面積，這樣才能得到更大的強(qiáng)度。要知道，光通量也是人為量， 對于其它動物可能就不一樣的，更不是完全自然的東西，因?yàn)檫@種定義完全是根據(jù)人眼對光的響應(yīng)而來的。3、光效，單位，流明 / 瓦，即 1W 的能量能夠轉(zhuǎn)換成多少 LM 的光通量。至于電光源的發(fā)光效率，是另外一個相關(guān)的話題，是說1W的電功率到底能轉(zhuǎn)化成多少光通量。人眼對不同顏色的光的感覺是不同的，此感覺決定了光通量與光功率的換算關(guān)系。對于人眼最敏感的5

6、55nm的黃綠光， 1W = 683 lm，也就是說， 1W 的功率全部轉(zhuǎn)換成波長為555nm的光，為 683流明。這個是最大的光轉(zhuǎn)換效率，也是定標(biāo)值，因?yàn)槿搜蹖?55nm 的光最敏感。對于其它顏色的光，比如650nm的紅色， 1W的光僅相當(dāng)于 73流明，這是因?yàn)槿搜蹖t光不敏感的原因。對于白色光，要看情況了，因?yàn)楹芏嗖煌墓庾V結(jié)構(gòu)的光都是白色的。 例如 LED 的白光、電視上的白光以及日光就差別很大，光譜不同。電光源的發(fā)光效率， 是說 1W的電功率到底能轉(zhuǎn)化成多少光通量。如果全部轉(zhuǎn)換成 555nm的光，那就是每瓦683 流明。但如果有一半轉(zhuǎn)換成 555nm的光，另一半變成熱量損失了，那效率就

7、是每瓦 341.5 流明。白熾燈能達(dá)到 1W=20 lm就很不錯了，其余的都成為熱量或紅外線了。測量一個不規(guī)則發(fā)光體的光通量，要用到積分球，比較專業(yè)而復(fù)雜。常見發(fā)光的大致效率（流明/瓦）白熾燈，15白色 LED ，20日光燈，50 無極燈 LVD ，60節(jié)能燈， 60太陽， 94 鈉燈， 1204、光照度（ E， Illuminance），單位勒克斯即lx （以前叫l(wèi)ux ）。（從另一個角度來反映光源亮不亮）定義： 1 流明的光通量均勻分布在1 平方米表面上所產(chǎn)生的光照度解釋：光照度是對被照地點(diǎn)而言的，但又與被照射物體無關(guān)。一個流明的光，均勻射到1m2的物體上，照度就是1 lx 。照度的測量，

8、 用照度表， 或者叫勒克斯表、 lux 表。事實(shí)上，照度是最容易測量的了（相對其它三個量），照度表很便宜就可以買到（幾百元）。為了保護(hù)眼睛便于生活和工作，在不同場所下到底要多大的照度都有規(guī)定，例如機(jī)房不得低于200 lx。陽光下的照度是自然界里面很大的也很常見的了，為 11 萬 lx 左右（自己實(shí)測）。我剛才測量了一下，房間是3.8mx6.5m，有 12 個 20W的日光燈管， 桌面照度為400勒克司。常見照度（勒克司）：陽光直射（正午）下，110,000陰天室外， 1000商場內(nèi)， 500陰天有窗室內(nèi)，100普通房間燈光下，100滿月照射下， 0.2簡單的計(jì)算原理（實(shí)際很復(fù)雜，涉及微積分自己

9、網(wǎng)上了解即可）照度 E=（光通量 L/（照射面積 S* 垂直距離的平方） ）*COS 3 （夾角為垂直光線與照射面法線夾角）舉例：快速路要求 20Lx ，光源垂直距離為 8 米，照射半徑為 2 米，則選擇什么光源和功率？答：根據(jù)公式推出光通量 L=(E/ COS3 )* 照射面積 S* 垂直距離的平方 =20*1*3.14*2*2*8*8=16076Lm根據(jù)不同光源的光效推出功率：W=L/光效，如選擇無極燈，W=16076/60=268W，但是實(shí)際上這么大功率的直流無極燈很少用，可換成低壓鈉燈： W=16076/120=134W即可。備注：衡量公路路燈的兩個重要指標(biāo)就是：平均照度、照度均勻度

10、= 最小照度 / 平均照度根據(jù)城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，常見公路的照度及照度均勻度要求：道路類型平均照度照度均勻度快速路、主干路20Lx 0.4次干道10Lx 0.35支路8Lx 0.35、亮度（ L， Luminance），單位尼特，即nt 。反映的是發(fā)光面或反射面光線進(jìn)入到人眼里面時的感受亮不亮。定義：單位光源面積在法線方向上，單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光流，也叫單位面積發(fā)光面的光照強(qiáng)度?？驳吕? 平米解釋：這個是最容易被誤解的概念了。 亮度是針對光源而言，而且不是對點(diǎn)光源，是對面光源（包括發(fā)光面和反射面）而言的。無論是主動發(fā)光的還是被動（反射）發(fā)光的。亮度是一塊比較小的面積看起來（人眼的感受）

11、到底有多“亮”的意思。這個多“亮”，與取多少面積無關(guān)，但為了均勻，我們把面積取得比較小，因此才會出現(xiàn)“這一點(diǎn)的亮度”這樣的說法。事實(shí)上，點(diǎn)光源是沒有亮度概念的。另外，發(fā)光面的亮度與距離無關(guān)，但與觀察者的方向有關(guān)。說一個手電很“亮”，并不是說該手電的亮度高（因?yàn)槭蛛娛菦]有亮度概念的），而是說其發(fā)光強(qiáng)度大， 或者是說被它照射的物體亮。說一個星星（點(diǎn)光源）很亮，并非是說其亮度高，而是說其星等高而已。亮度不僅取決于光源的光通量，更取決于等價發(fā)光面積和發(fā)射的會聚程度。光亮度是指一個表面的明亮程度，即從一個表面出來或反射出來的光通量，而不同的物體有不同的反射系數(shù)（或吸收系數(shù)），例如在同一照度的地方，先后放

12、上一張白紙和黑紙，對人眼而言其亮度差別是很大的。白紙的反射系數(shù)是 80% ，而黑紙的反射系數(shù)只有 3% 。常見發(fā)光體的亮度（尼特）：紅色激光指示器，20,000,000,000太陽表面， 2,000,000,000白熾燈燈絲， 10,000,000陽光下的白紙，30,000人眼能習(xí)慣的亮度，3,000滿月表面， 2,500人眼能比較好的分辨出顏色的亮度， 1 滿月下的白紙， 0.07無月夜空， 0.0001對比分析：照度與亮度l 照射在某一單位面積表面上的入射光的總量，可用照度來反映；l 若從某一單位面積表面上反射到人眼中的反射光總量，可用亮度來反映。還有說照度和亮度一般是對照射距離一定，照射光斑一定的發(fā)光體而言的，如：路燈；對于手電筒之類的光斑、照射距離不定的沒法說照度和亮度，要說則一定指出是在什么距離和照射面積下。6、色溫，即通過開爾文溫度表示的黑體的溫度來表示顏色。因?yàn)轭伾?/p>