第1个回答 2017-11-20
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:是针对点光源而言的,如果发光体相对较小也可以用。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。 现在LED也用这个单位来表示,比如某LED是15000的,单位是mcd,1000mcd=1cd,因此15000mcd就是15cd。 以前最早LED的发光强度比较弱,因此才用mcd表示,现在LED都很厉害了,但还是沿用原来的说法。 这样表示的缺点是,如果光通量相同的两个LED(管芯相同),一个会聚的好,那么发光强度就高。因此,购买LED的时候不要一味追求高I值,还要看照射角度。高I值的LED都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1/4,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。因此,我们可以直接用照度表来测量发光强度。 同样,手电筒也用这个单位来表示亮与不亮,但这一特性不能全面反应其特性,比如,同样的筒身,换个大头则I值马上翻倍,因此更多的用光通量(流明,见下)来表示了。 常见光源发光强度(cd): 太阳,2.8E27 高亮手电,10000 5mm高亮LED,15
2、光通量(F,Flux),单位流明,即lm。 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。 对于各向同性的光,则 F = 4πI。也就是说,若光源的I为1cd,则总光通量为4π =12.56 lm 要知道,光通量是人对光总量多少一种度量,是人为为量,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 lm,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,因为人眼对555nm的光最敏感。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 lm就不错了,其余的都成为热量或红外线了。测量一个发光体的光通量,要用到积分球,比较专业而复杂。 常见发光的大致效率(流明/瓦) 白炽灯,15 白色LED,20 日光灯,50 太阳,94 钠灯,120
3、光照度(E,Illuminance),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 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(勒克司): 阳光直射(正午)下,110,000 普通房间灯光下,100 满月照射下,0.2
4、亮度(L,Luminance),单位尼特,即nt。本回答被网友采纳