发布时间:2021-09-18 07:41:46

光通量_

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  光通量 1967 年法国第十三届国际计量大会规定了以 坎德拉、坎德拉/平方米、流明、 勒克斯分别作为发光强度、光亮度、光通量和光照度等的单位,为统一工程技术 中使用的光学度量单位有重要意义。为使您了解和使用便利,以下将有关知识做 一简单介绍: 1. 烛光、国际烛光、坎德拉(candela)的定义 在每平方米 101325 牛顿的标准大气压下, 面积等于 1/60 平方厘米的绝对“黑体” (即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体) 在纯铂 , (Pt) 凝固温度 (约 2042K 获 1769℃)时,沿垂直方向的发光强度为 1 坎德拉。并且,烛光、国际 烛光、坎德拉 三个概念是有区别的,不宜等同。从数量上看,60 坎德拉等于 58.8 国际烛光,亥夫纳灯的 1 烛光等于 0.885 国际烛光或 0.919 坎德拉。 2. 发光强度与光亮度 发光强度简称光强,国际单位是 candela(坎德拉)简写 cd。Lcd 是指光源在指 定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时,则光强为 I=F/Ω,Ω 为立体角, 单位为球面度 (sr) 为光通量, ,F 单位是流明, 对于点光源由 I=F/4 。 光亮度是表示发光面明亮程度的, 指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指 定方向的发光面的面积之比,单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面,尽管 各个方向的光强和光通量不同, 但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏 就是近似于这样的漫散射面,所以从各个方向上观看图像,都有相同的亮度感。 以下是部分光源的亮度值:单位 cd/m? 太阳:1.5*10 ;日光灯:(5—10)*10? ;月光(满月):2.5*10? ;黑白电视 机荧光屏:120 左右;彩色电视机荧光屏:80 左右。 3. 光通量与流明 光源所发出的光能是向所有方向辐射的, 对于在单位时间里通过某一面积的光能, 称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同,眼睛对各色光的敏感度也 有所不同, 即使各色光的辐射能通量相等, 在视觉上并不能产生相同的明亮程度, 在各色光中,黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如果用绿色光作水准,令它的 光通量等于辐射能通量, 则对其它色光来说, 激起明亮感觉的本领比绿色光为小, 光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明,是英文 lumen 的音译,简写 为 lm。绝对黑体在铂的凝固温度下,从 5.305*10? 面积上辐射出来的光通量 cm? 为 1lm。为表明光强和光通量的关系,发光强度为 1 坎德拉的点光源在单位立体 角(1 球面度)内发出的光通量为 1 六名。一只 40W 的日光灯输出的光通量大 约是 2100 流明。 4. 光照度与勒克斯 光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯,是英文 lux 的音译,也可 写为 lx。被光均匀照射的物体,在 1 平方米面积上得到的光通量是 1 流明时,它 的照度是 1 勒克斯。有时为了充分利用光源,常在光源上附加一个反射装置,使 得某些方向能够得到比较多的光通量,以增加这一被照面上的照度。例如汽车前 灯、手电筒、摄影灯等。 以下是各种环境照度值:单位 lux 黑夜: 0.001—0.02; 月夜: 0.02—0.3; 阴天室内: 5—50; 阴天室外: 50—500; 晴天室内:100—1000;夏季中午太阳光下的照度:约为 10*9 次方;阅读书刊 时所需的照度:50—60;家用摄像机标准照度:1400。 这些是光组成的部分; 光通量 光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量 (Φ) 其单位为流明 , (1m) 光强 一般来讲,光线都是向不同方向发射的,并且强度各异。可见光在某一特定方向 角内所发射的光的强度就叫做光强,即光强是指在某一特定方向角(w)内所发 射的光通量(Φ)。其单位为坎德拉(cd),1 坎德拉表示在单位立体角内辐射出 1 流明的光通量 照度 照度(E)是光通量与被照射面积之间的比例系数,单位:勒克斯(1X) 亮度(L)单位光源面积在法线方向上,单位立体角内所发出的光流,单位:尼 特(nt) ---------------------------------1).光通量(Φ) 单位:Im,(流明) 2).光强(Φ) 单位:cd,(坎德拉) 3).照度(E) 单位:Ix,(勒克斯) 4).亮度(L) 单位:nt,(尼特) 1m(流明/光通量)= cd(坎德拉/光强) 1m/㎡(流明/平米/光通量)=1X(勒克斯/照度 1cd/㎡(坎德拉/平米/光强/灰度) =1nit(尼特/亮度) 1cd/㎡=1000mcd(毫烛光)、/1nit=1000mcd 流明/光通量=坎德拉/光强 照度/勒克斯=尼特/亮度 光源在单位时间内发出的光量称为光源的光通量, 用符号 Φ 表示, 单位为 lm (流 明)。它是根据辐射对标准光度观察者的作用导出的光度量。 60W 白炽灯的光通量为 500lm,普通 36W 的 T8 灯管的光通量约为 2500lm, 28W 的 T5 灯管的光通量为 2600lm,70W 陶瓷金属卤化物灯的光通量约为 6600lm。 有关发光强度、光通量、照度、亮度的简单介绍 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“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 mcd, 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 L ED 比较暗,比如 1984 年标准 5mm 的 LED 其发光强度才 0.005cd,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。 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 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。 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): 太阳,2.8E27 高亮手电,10000 5mm 超高亮 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 = 4π I。也就是说,若光源的 I 为 1cd,则总光通量为 4π =1 2.56 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 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, 也是定标值, 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,是另外一个相关的线W 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 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,0.2 4、亮度(L,Luminance),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): 红色激光指示器,20,000,000,000 太阳表面,2,000,000,000 白炽灯灯丝,10,000,000 阳光下的白纸,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

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