發(fā)光強(qiáng)度、光通量、照度、亮度單位及概念

2010-08-24

 　　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。
　　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)。
　　現(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)橐郧霸鏛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。07-30 燈頭、燈座的型號命名方法
　　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，10000
　　5mm超高亮LED，15
　　2、光通量（F，F(xiàn)lux），單位流明，即lm。
　　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 = 4πI。也就是說，若光源的I為1cd，則總光通量為4π =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。
　　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。對于人眼敏感的555nm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。這個是大的光轉(zhuǎn)換效率，也是定標(biāo)值，因?yàn)槿搜蹖?55nm的光敏感。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。