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1、发光强度、光通量、照度、亮度的概念 2008年 12 月 07 日 14:53发光强度、光通量、照度、亮度的简单介绍亠、F .0、前言光度学与光相关的常用量有 4 个：发光强度、光通量、照度、亮度。这 4 个量尽管是相关的，但为不同的， 不能相混。正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。1、发光强度（I、Intensity），单位坎德拉，即cd。定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的（发）光强（度），解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小 的场合。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。可以说，发光强度就 是描述了光源到底有多
2、 “亮 ”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。 发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体 也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。现在LED也用这个单位来描述，比如某 LED是15000的，单位是med,1000mcd=1cd，因此 15000mcd 就是 15cd。之所以LED用毫cd（ mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早 LED比 较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，因此才用med表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说 法。用发光强度来表示 亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个 LED会聚程 度好的
3、发光强度就高。因此，购买 LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射 角度。很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射 角度变窄来实现的，这尽管对 LED手电有用，但可观察角度也受限。另外，同 样的管芯LED直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm 的，因为透镜越大会聚特性就越好。之所以用发光强度来表示手电或 LED,是因为在相同距离下对被照射地的照 度是与这个成正比的。特别的说，距离 1m的lx就是cd值。但是，很多场合下 我们需要照射面积大一些,所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的 能力。比如,同样的筒身,换个大头（大反光杯）则 I 值马上增
4、大许多。因此,很 多情况下我们用光通量（单位流明,见下）来表示手电了。以上我们说 “亮”和“亮度”时带了引号,是因为这是我们常规说的亮度,并非 光度学严格意义上的亮度,这一单位后面会展开。常见光源发光强度（ cd）：xx,2.8E27xx手电，1005mm 超高亮 LED, 152、光通量（F，Flux），单位流明，即Im。定义：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量解释：同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等 价。光源的光通量越大，则发出的光线越多对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则F=4n。也就是说，若光源的I为led，则总光通量
5、为4庐12.56 lm 。与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压 强。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手 段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全 自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换 算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 Im,也就是说，1W的 功率全部转换成波长为 555nm 的光，为 683 流明。这个是最大的光转换效率， 也是定标值,因为人眼对 555nm 的光最
6、敏感。对于其它颜色的光,比如 650nm 的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于 白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大,光谱不同。至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1W的电功率到底能转化成多少光通量。如果全部转换成 555nm 的光,那就是每瓦 683 流明。但 如果有一半转换成 555nm 的光,另一半变成热量损失了,那效率就是每瓦341.5 流明。白炽灯能达到 1W=20 Im 就很不错了,其余的都成为热量或红 外线了。测量一个不规则发光体的光通量,要用到积分球,比较专业而复
7、杂。常见发光的大致效率（流明 /xx）白炽灯, 15白色 LED, 20日光灯, 50xx, 94钠灯， 1203、光照度（E, lllumi nan ce），单位勒克斯即lx （以前叫lux）。定义：1流明的光通量均匀分布在 1 平方米表面上所产生的光照度解释： 光照度是对被照地点而言的,但又与被照射物体无关。一个流明的光,均匀射到1m2的物体上，照度就是1 lx。照度的测量，用照度表，或者叫勒克斯 表、 lux 表。事实上,照度是最容易测量的了（相对其它三个量）,照度表很便 宜就可以买到（几百元）。为了保护眼睛便于生活和工作,在不同场所下到底 要多大的照度都有规定，例如机房不得低于200
8、lx。阳光下的照度是自然界里面很大的也很常见的了，为11万lx左右（自己实测）。我刚才测量了一下，房间 是3.8mx6.5m，有12个20W的日光灯管，桌面照度为400勒克司。常见照度（勒克 xx）：xx直射（正午）下，110,000阴天室外, 1000商场内, 500阴天有窗室内, 100普通房间灯光下, 100满月照射下,0.24、亮度（L，Lumi nance），单位尼特，即nt。定义：单位光源面积在法线方向上,单位立体角内所发出的光流解释：这个是最容易被误解的概念了。亮度是针对光源而言，而且不是对点光 源，是对面光源而言的。无论是主动发光的还是被动（反射）发光的。亮度是 一块比较小的面
9、积看起来到底有多 “亮”的意思。这个多 “亮”，与取多少面积无 关，但为了均匀，我们把面积取得比较小，因此才会出现 “这一点的亮度 ”这样 的说法。事实上，点光源是没有亮度概念的。另外，发光面的亮度与距离无 关，但与观察者的方向有关。说一个手电很 “亮 ”，并不是说该手电的亮度高 （因为手电是没有亮度概念的），而是说其发光强度大，或者是说被它照射的 物体亮。说一个星星（点光源）很亮，并非是说其亮度高，而是说其星等高而 已。亮度不仅取决于光源的光通量，更取决于等价发光面积和发射的会聚程 度。比如激光指示器，尽管其功？苄。苫峋鄢潭确浅8撸虼肆炼确浅8摺 ？/P>常见发光体的亮度（尼特）：红色
10、激光指示器， 20,000,000,000xx 表面， 2,000,000,000白炽灯灯丝， 10,000,000xx 下的白纸， 30,000人眼能习惯的亮度， 3,000满月表面， 2,500人眼能比较好的分辨出颜色的亮度， 1满月下的白纸，0.07无月夜空，0.0001可见光的波长范围在0.77 0.39 微米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。0.770.622 微米，感觉为红色；0.6220.597微米，橙色；0.5970.577微米，黄色；0.5770.492 微米，绿色；0.4920.455 微米，蓝靛色；0.4550.39 微米，紫色。可见光是电磁波谱中人眼可以感
11、知的部分，可见光谱没有精确的范围；一 般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在 400 到 700 纳米之间，但还有一些人能 够感知到波长大约在 380 到 780 纳米之间的电磁波。正常视力的人眼对波长约 为 555 纳米的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域人眼可以 看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透 明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能 看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波 段，对于寻找花蜜有很大帮助。1666 年，英国科学家牛顿第一个揭示了光的色学性质和颜色的秘密。他用实验说明太阳光
12、是各种颜色的混合光，并发现光的颜色决定于光的波长。下图列出了在可见光范围内不同波长光的颜色。 不同波长光线的颜色（见图）光色红（ Red）橙（ Orange）黄（ Yellow）绿（ Green）xx（Cyan）xx（Blue）紫（Violet）波长入（nm）780630630600600 570570 500500 470470 420420 380 代表波长420 为对光的色学性质研究方便，将可见光谱围成一个圆环，并分成九个区域（见图），称之为颜色环。颜色环上数字表示对应色光的波长，单位为纳米（nm）,颜色环上任何两个对顶位置扇形中的颜色，互称为补色。例如，蓝色(435480nm)的补色为
13、黄色(580595nm)。通过研究发现色光还具有下列 特性：(I)互补色按一定的比例混合得到白光。如蓝光和黄光混合得到的是白光。同理，青光和橙光混合得到的也是白光；( 2)颜色环上任何一种颜色都可以用其相邻两侧的两种单色光，甚至可以从次近邻的两种单色光混合复制出来。如黄光和红光混合得到橙光。较为典型 的是红光和绿光混合成为黄光；( 3)如果在颜色环上选择三种独立的单色光。就可以按不同的比例混合成 日常生活中可能出现的各种色调。这三种单色光称为三原色光。光学中的三原 色为红、绿、蓝。这里应注意，颜料的三原色为红、黄、蓝。但是，三原色的 选择完全是任意的；( 4)当太阳光照射某物体时，某波长的光被
14、物体吸取了，则物体显示的颜 色(反射光)为该色光的补色。如太阳光照射到物体上对，若物体吸取了波长 为 400435ntn 的紫光，则物体呈现黄绿色。这里应该注意：有人说物体的颜色是物体吸收了其它色光，反射了这种颜色的光。这种说 法是不对的。比如黄绿色的树叶，实际只吸收了波长为400435urn的紫光，显示出的黄绿色是反射的其它色光的混合效果，而不只反射黄绿色光。紫外光波长:400nm以下,可见光波长:400-760nm红外光：大于760nm频红外线波长,f高入长，频率与波长成反比率与频率越低，光波越长红外可见光、紫外线频率越来越高，波长越来越短红外波长较长，所以可以进行红外摇控，因为波长长容易绕过小的障碍物 波长成反比，红外光的频率小于紫外光，红外光的波长大于紫外光各种电磁波的波长由长到短排列 :无线电波(长波中波，短波，微波)-红外线-可见光-紫外线-X射线-Y射线