發光強度、光通量、照度、亮度單位及概念

2010-08-24

 　　光度學與光相關的常用量有4個：發光強度、光通量、照度、亮度。這4個量盡管是相關的，但為不同的，不能相混。正像壓力、重力、壓強、質量是不同的物理量一樣。　　
　　1、發光強度（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射的光通量定義為光源在該方向的(發)光強(度)，
　　解釋：發光強度是針對點光源而言的，或者發光體的大小與照射距離相比比較小的場合。這個量是表明發光體在空間發射的會聚能力的。可以說，發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。
　　現在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，是因為以前早LED比較暗，比如1984年標準5mm的LED其發光強度才0.005cd，因此才用mcd表示，現在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，會聚程度好的發光強度就高。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并非提高自身的發射效率來達到，而是把鏡頭加長照射角度變窄來實現的，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，因為透鏡越大會聚特性就越好。
　　之所以用發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，所以只用發光強度這一特性還不能全面反應手電的能力。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，是因為這是我們常規說的亮度，并非光度學嚴格意義上的亮度，這一單位后面會展開。
　　常見光源發光強度（cd）：
　　太陽，2.8E27
　　高亮手電，10000
　　5mm超高亮LED，15
　　2、光通量（F，Flux），單位流明，即lm。
　　定義：光源在單位時間內發射出的光量稱為光源的發光通量
　　解釋：同樣，這個量是對光源而言，是描述光源發光總量的大小的，與光功率等價。光源的光通量越大，則發出的光線越多
　　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。與力學的單位比較，光通量相當于壓力，而發光強度相當于壓強。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人眼對光的響應而來的。
　　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的功率全部轉換成波長為555nm的光，為683流明。這個是大的光轉換效率，也是定標值，因為人眼對555nm的光敏感。對于其它顏色的光，比如650nm的紅色，1W的光僅相當于73流明，這是因為人眼對紅光不敏感的原因。對于白色光，要看情況了，因為很多不同的光譜結構的光都是白色的。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。