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光度學(xué)基本知識
來源: | 作者:id1412093 | 發(fā)布時間: 2017-04-16 | 2996 次瀏覽 | 分享到:

    鑒于LED是新型光源，部分消費者對光度學(xué)的一些基本概念比較模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的單位是什么？如何測量亮度？本公司將試圖以不失嚴(yán)格性的情況下盡量通俗的回答這些問題，因此，下面例舉了大量的例子，同時給出四個量之間的關(guān)系和轉(zhuǎn)換算法，光度學(xué)與光相關(guān)的常用量有4個：發(fā)光強度、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、質(zhì)量是不同的物理量一樣。
 
發(fā)光強度（I、Intensity)，單位坎德拉，即cd
光強度是光源在給定方向的單位立體角內(nèi)輻射的光通量，1坎德拉表示在單位立體角內(nèi)輻射出1流明的光通量。
發(fā)光強度是針對點光源而言的，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?？梢哉f，發(fā)光強度就是描述了光源到底有多“亮”，因為它是光功率與會聚能力的一個共同的描述。發(fā)光強度越大，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)。
用發(fā)光強度來表示“亮度”的缺點是，如果管芯完全一樣的兩個LED，會聚程度好的發(fā)光強度就高。因此，購買LED的時候不要一味追求高l值，還要看照射角度。很多高l值的LED并非提高自身的發(fā)射效率來達到，而是把鏡頭加長照射角度變窄來實現(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l值就比3mm的大一倍多，但只有直徑10mm的1/4，因為透鏡越大會聚光性就越好。
之所以用發(fā)光強度來表示手電或LED，是因為在相同距離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l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，是因為這是我們常規(guī)說的亮度，并非光度學(xué)嚴(yán)格意義上的亮度。
常見光源發(fā)光強度（cd)
高亮手電，10000
5mm超高亮LED，15
 
光通量（F, Flux）單位流明，即lm
光通量是由光源向各個方向射出的光功率，也即每一單位時間射出的光能量。
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=4πl(wèi)。也就是說，若光源的l為1cd，則總光通量為4π=12.56lm。與力學(xué)的單位比較，光通量相當(dāng)于壓力，而發(fā)光強度相當(dāng)于壓強。要想被照射點看起來更亮，我們不僅要提高光通量，而且要增大會聚的手段，實際上就是減少面積，這樣才能得到更大的強度。
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，因為這種定義完全是根據(jù)人眼對光的響應(yīng)而來的。
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。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光，另一半變成熱量損失了，那效率就是每瓦341.5流明。白熾燈能達到1W=20lm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。
 
光照度（E，Illuminance)，單位勒克斯即lx(以前叫l(wèi)ux)
光照度是從光源照射到單位面積上的光通量，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。光照度是對被照地點而言的，但又與被照射物體無關(guān)。一個流明的光，均勻射到1㎡的物體上，照度就是1lx。照度的測量，用照度表，或者叫勒克斯表、lux表。事實上，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，例如機房不得低于200lx。陽光下的照度是自然界里面很大的也是很常見的了，為11萬lx左右（自己實測）。我剛才測量了一下，房間是3.8m×6.5m,有12個20W的日光燈管，桌面照度為400勒克斯。

常見照度（勒克斯）
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
 
光的定義
光是我們通過視覺與外界交流的媒介。如果沒有光，我們將無法感知客觀世界的一切。光是一種能量，這種能量能從一種物體傳播到另外一種物體表面。其傳播的形式是以直線方式進行傳播。光可分為可見光和不可見光。人眼能夠識別的電磁波譜，即波長為380-780nm之間的為可見光。除了可見光以外的電磁波譜我們稱為不可見光，如紫外線和紅外線。

光通量
光源在單位時間內(nèi)發(fā)出的光線稱為光源的光通量，用Φ表示，單位名稱：lm（流明）。

光強
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光強度，用l表示。l=特定角度的光通量Φ÷特定角度Ω。

亮度
發(fā)光體在某特定方向上單位立體角單位面積內(nèi)的光通量。用L表示。L=l/S，坎德拉/米2，又叫輝度。

照度
單位面積上受到的光通量，用E表示。勒克斯（Lx)
E=dΦ/dS(Lm/㎡) E=l/R2（R=光源被照平面的距離）

色溫
當(dāng)某一種光源（熱輻射光源）發(fā)出的光顏色與某一溫度下的完全輻射體（黑體）的產(chǎn)生的光顏色，完全相同時，完全輻射體（黑體）的溫度，簡稱色溫（K）。色溫是用來描述某發(fā)光體發(fā)出光線顏色的一個參數(shù)。典型色溫：白熾燈2800K，正午太陽光5500K。

顯色性
指的是某照明光源對物體色表（該物體本身顏色或質(zhì)感）的影響，該影響是由于觀察者有意識或無意識地將它與參比光源（太陽光）下的色表相比較產(chǎn)生的一種參數(shù)稱光源的顯色性。典型顯色性：白熾燈：100；熒光燈：70；高壓汞燈：40。

顯色指數(shù)
用來準(zhǔn)確描述光源顯色性的一種參數(shù)，用Rɑ表示，最大為100。指物體用該光源照明和用標(biāo)準(zhǔn)光源（一般以太陽光做標(biāo)準(zhǔn)光源）照明時，其顏色符合程度的量度，也就是顏色逼真的程度。當(dāng)光源光譜中很少或缺乏物體在基準(zhǔn)光源下所反射的主波時，會使顏色產(chǎn)生明顯的色差，色差程度越大，光源對該色的顯色性越差。顯色指數(shù)系數(shù)仍為目前定義光源顯色性評價的普遍方法。

光效
單位功率上的光通量。符號η，單位名稱：lm/w。典型光效：白熾燈10-12Lm/W,螺旋節(jié)能燈60Lm/w，LED100Lm/W。

眩光
眩光（glare）是指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時間上存在極端的亮度對比，以致引起不舒適的感覺或降低觀察細(xì)部或目標(biāo)的能力的視覺現(xiàn)象。用UGR表示。。根據(jù)影響的程度，可將眩光分為：不舒適眩光、失能眩光、失明眩光。眩光是引起視覺疲勞的重要原因之一，在駕駛或戶外運動時產(chǎn)生的眩光有可能引起一定的危險。
 


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