有关光的几个概念文档格式.docx
《有关光的几个概念文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有关光的几个概念文档格式.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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。
图：
光度学测量仪器
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LED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
LED的发光强度的测量，测量值不能转换成光通量lm。
2、光通量（F，Flux），单位流明，即lm。
光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量
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=4πI。
也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4π=12.56lm。
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=683lm，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=20lm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
人眼对不同颜色光的相对响应曲线，主线为正常的明视觉，左边的曲线是暗视觉曲线（比较暗的场合下）
用积分球测量LED的光通量
典型白色LED发光光谱
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
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1lx。
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200lx。
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
常见照度计
4、亮度（L，Luminance），单位尼特，即nt。
单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流
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，尽管其功率很小，但可会聚程度非常高，因此亮度非常高。
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
两款摄影用测光表，可以测量亮度
5、一个综合计算的例子。
一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光。
我们可以认为灯泡在空间上发光是均匀的，那么距离该灯泡1米处，其照度为400/12.56=32勒克司。
其中12.56=4π，就是半径1米的球体的表面积（已经假设400流明的光是均匀分布在这个球体上的）。
再假设被照射物体是某种绿色漫反射的，反射率是15%，那么，这个绿色物体被照射后就成为被动发光的，其表面亮度是15%*32/π=1.5尼特。
某公司的光度测量仪器，高灵敏、高准确、多用途。
6、Q&
A
问1、如何把LED的光会聚到一点？
答1，这是不可能的。
光学上有个定律，叫做像的亮度永远不大于光源的亮度。
LED是有发光面积的，因此有亮度，要是把全部或者大部分光会聚成很小的区域，其亮度就超过LED本身的亮度了，因此是不可能的。
为了尽可能的会聚，只能增大反光碗/聚光镜的尺度。
用组合透镜或者其它办法无济于事。
问2，如果有一个电光源，可以把全部的电功率转化成白色的可见光，理论上的效率有多高呢？
答2，上面已经说过，要根据白色光的光谱而定。
对于太阳光来讲，为94流明/瓦。
CIE1931色度系统的光效是很差的，因为红色选择了700nm的长波。
相比之下，CRT电视或者是LED电视的光效就高得多，大约为240流明/瓦。
问3，照度和被照物体的亮度有什么关系？
答3，亮度=反射率*照度/π
问4，激光为什么亮度高？
答4，激光是在两端严格平行的谐振腔内多次谐振而发射出来的，因此平行度非常高，发散角非常小。
又因为亮度是单位立体角内所发出的光流，因此作为分母的立体角度就很小，亮度自然就高了。
高亮度的激光体现在可以传播非常远而不发散，或者在近处可以会聚成非常小的光斑。
问5，如何测量手电或者LED的发光强度？
答5，在黑暗中把照度表的探头放到地上，距离1米处的把手电或LED向下照射测得照度的勒克司值，就是其发光强度的cd值。
问6，如何用照度计测量亮度？
答6，亮度计和照度计是两个东西，不能直接替代的。
亮度计是测量发光体的亮度的，而照度计是测量被照射地点的照度的。
但是，如果想知道比较大一些面积的发光体比如灯箱的亮度，同时这个物体触手可得，那么可以用照度计的探头直接贴在发光体上，读出勒克司值后再乘上一个系数，就是亮度的尼特值。
问7，如何测量一个灯泡的发光效率？
答7，可以用照度表，黑天在室外找一个相对较暗且空旷的地点，需要一个比较稳定的电源和照度表。
空旷的目的是不要有反射光照射到照度表上，因此测试时身体尽量远离灯泡和照度表，照度表表头距离灯泡中心1m处测得照度值为E，则效率=4*π*E/N，结果单位是流明/瓦，其中N为灯泡功率例如灯泡为N=40W，读数为E=35.0lx，那么效率就是12.56*35/40=11流明/瓦
图文解析LED路灯光效定义
2010-07-0917:
21
转自：
阿拉丁照明网
国内很多LED路灯厂家在技术参数说明上，为了宣称自己产品的高光效，往往把芯片的初始光通除以光源的消耗电功率得出比值，作为产品高光效的数据。
其实这样做是混淆概念的。
为了让大家明白，下面我把这两个概念解释一下：
1.初始光通量（Initialluminousflux）是每单位时间到达、离开或通过曲面的光能数量，单位：
流明（lm）。
光通量通常用Φ来表示。
2.实际光通量（Actualluminousflux）是指打开照明设备时，光能从光源发出，穿越照明设备（如透镜或灯罩等），直到它到达需要它的工作平面为止的光能数量。
我们称到达工作平面的光通量为实际光通量。
通过以上两点的介绍，可以知道，实际光通量的数值要小于初始光通量。
见下图。
由光通的定义，我们紧接着引出另一个重要的概念：
光效。
光效（Efficacy）是光源发出的总光通量与该光源消耗的电功率的比值，单位：
流明/瓦（lm/w）。
因有初始光通量与实际光通量两种数据，所以光效也就有了初始光效与实际光效两种不同的数据。
我们知道，“十城万盏工程”之所以大力推广LED路灯，完全是节能减碳的需要。
芯片的初始光通量经过透镜灯罩，到达路面能为行人车辆起照明作用的，也就是实际光通量。
我们需要的是由实际光通量带来的高光效，并非需要初始光通量带来的高光效。
现在LED路灯行业，盲目的推广初始光通量的高光效，很多厂家在这里面也起到了推波助澜的作用。
某些商家打出了120lm/w的高光效LED路灯，世界第一光效LED路灯等宣传口号。
导致这种局面出现的原因，正是由于国家或行业的统一标准未制定，相关的检测标准未实施。
另外，虽然有些地方出台了地方标准，譬如广东的DB44标准，深圳LED规范等等，但是，标准并不统一。
就拿DB44来说，规定对于适用在高速主干道上的LED路灯，在4000K~6500K色温前提下，I类标准是不得小于78lm/w；
深圳规范定义初始光效最高不得小于60lm/w，但是深圳规范额外提及能效等级评价标准是：
I级能效最低不得小于80lm/w.DB44与深圳规范都已经按地方的实际情况发布，可以看出，各地的差异还是比较大的。
所以，国家应尽早制定统一的行业标准，统一各项规范，这样，各个地区才会有章可循。
虽然国内对于标准的统一尚在研讨，但是国外在2009年12月3日，经过发布三次草案后，美国能源部DOE出台了能源之星LED灯具标准的最终版本，要求于2010年8月31日生效。
为此，我们翻阅了大量的资料进行研读。
美国能源部DOE在2009年7月1日发布的关于三种SSL灯具性能标准的第二稿草案，指出其他指标尚不能充分测量出灯具的能效。
因此草案提出了一种新的度量指标——特定目标效能FTE（FittedTargetEfficacy）。
并要求户外道路照明灯具最低的光输出要达到1000lm（初始光通量）。
FTE将“目标照亮区域”作为研究对象。
因此，FTE就有了两个关键假定：
1.矩形分布可覆盖最大区域，比圆形分布更加有效。
2.白色圆圈是光源，绿色部分是目标照明区域被有效照亮的区域，红色部分是目标照明区域未被有效照亮的区域，黑色区域处在目标照亮区域外，落在黑色的区域的光通量应被抛弃。
FTE的计算公式如下：
FTE=（绿色区域光通量*绿色区域面积占绿色和红色区域总面积的百分比）/灯具输入功率
由此看出，美国能源部发布的以FTE作为今后LED能效的制定，是非常合理的。
我们非常反对盲目推广初始光通的高光效。
在路面照明，只需要一个合理的照度，所谓的“越亮越好，光效越高越好”，已经不适用于现在节能减碳形式的需要，同时也不符合人类视觉健康的真正追求。
我们应理性的对待LED路灯的前景，不盲目追随。
只有拥有了正确的、客观的、成熟的心态，拥有理性的、扎实的分析，拥有基础的、踏实的研究，才能使得LED产业迅速而稳健的发展。
2.白色圆圈是光源，绿色部分是目标照明区域被有效照亮的区域，红色部分是目标照明区域未被有效照亮的区域，黑色区域处在目标照亮区域外，落在黑色的区域的光通量应被抛弃。
FTE的计算公式如下：
FTE=（绿色区域光通量*绿色区域面积占绿色和红色区域总面积的百分比）/灯具输入功率
由此看出，美国能源部发布的以FTE作为今后LED能效的制定，是非常合理的。
我们非常反对盲目推广初始光通的高光效。
LED产业还没成熟就被寄予厚望
2010-07-0915:
32
转自半导体照明网
LED作为一种新型光源，节能、长寿命、无污染而受到大家的广泛关注。
尤其中国奥运会成功运用大量LED技术，效果非凡，各地方政府纷纷扶持LED产业，建立了大量的LED示范单元，与此同时，大量的企业也涉足该领域，就连做电池起家，汽车成名的BYD公司再次提出LED世界第一的口号。
LED真的就进入繁荣时期了么？
从没有哪个照明设备像LED这样还没有成熟就被寄予厚望，但是缓慢的发展，也使的LED产品过于概念化，缺乏客户基础。
即便现在政府正在以LED路灯为突破口试图扶持LED的成长，可LED无论是民用还是商用的客户群依旧没有形成。
在这个时候有一个危险的信号：
LED厂商已经把压缩成本作为第一要务！
很多公司将LED的电流做大以在维持亮度不变的情况下减少灯芯数量以节约成本，或者压缩PCB面积，抑或是减少安规器件等方法，当然大家要相信中国的公司在压缩成本方面的先天优势。
暂且不说这样做对于产品安全问题的影响，就产业群而言，LED在还没有市场的情况下就进入了价格洗牌的局面，这对整个产业来说是不利的，资金大头的进入会加剧中小企业的衰亡。
这是一个危险的局面，一方面LED的技术发展将会停滞甚至于退化，另一方面成本的压缩，或者说过多的关注成本无法保证最终产品特质，将很大的程度上不能展示LED的优势。
因此我斗胆，认为此时的LED产业发展方向错了。
现在的LED产业为了打开民用市场，多是将LED灯具设计成可替换方式，即直接替换现有的灯具。
但是在灯具发展的过程中，除了紧凑型灯管直接替换白炽灯以外，鲜有直接替换的模式，像T8、吸顶灯几乎是荧光灯的专利，而吊灯依旧是钨丝灯的天下，LED为什么一定要走替换的道路？
现有的替换灯具这种设计方式有什么缺点？
1.散热
LED的耐热很差是人所共知的，必然会带来灯芯寿命的问题。
现有的LED灯的设计往往散热难以达到要求，在一个散热要求非常苛刻的领域，却使用十分低劣的被动散热方式，而且多是风冷，甚至是封闭式的风冷。
像一些灯具在驱动板和铝散热片之间要加塑料套管以增加绝缘的可靠性，还需要灌散热硅胶以提高散热能力。
而T8的灯管灯管还是封闭的，灯芯只能依靠空气对流传热到灯管背面的铝管上进行散热。
一般这类灯的内部温度都会有七八十度。
并且要是兼顾散热，重量又是问题；
兼顾重量，散热难以保证，这在现有设计中是两难的选择，尚没有可行的标准。
2.寿命
LED灯芯寿命随温度的升高而呈指数降低；
电解电容温度每升高十度寿命降低一半；
MOS温度升高，内阻增加，损耗增加，温度又会升高（恒流模式），最终烧毁。
当然，国内的厂商没有给出具体LED灯具的寿命，宣传的时候只是提到LED灯芯寿命十万小时，但是LED的寿命瓶颈在系统驱动板，往往LED灯芯没有损坏，系统驱动已经挂掉了。
另外LED的光衰是非常严重的，所以灯具的寿命应该也要考虑视觉感受，就是经过多长时间灯具的亮度降低到视觉上觉得暗的程度，可以认为寿命到了，客户就会考虑更换灯具，这个寿命是厂商都没有给出来（或者没有办法给出），但这非常重要。
再而言之，现有的LED家用照明多数受体积限制，防护方面很难做的很好，在电压波动较大，干扰严重的区域，现有的低功率的设计是一个考验。
而最重要的是，LED的寿命和公司的寿命是否成正比，假若宣传10年的LED灯具2年就坏了，而半年前这家公司已经关门大吉，用户是否会去冒这个风险？
3.重量
螺旋类接口的灯具中，荧光灯的重量只有LED灯具的数分之一，由于没有了散热片的问题，荧光灯的重量对灯座来说可以忽略不计，但是LED的重量对灯座是一个很严重的考验，尤其是7.8W的螺旋接口LED灯，其重量是很危险的，这一点又有哪个商家考虑了？
4.价格
一般的LED驱动板在70度的温度下可能寿命仅5年（家用），远没有达到LED灯芯10年的“概念”。
所以相对比同等亮度的荧光灯来说，即便荧光灯只有1年的寿命，1W1元的荧光灯要远远比1W10元的LED划算得多。
尤其是LED灯具损坏往往灯芯没坏，却要整个灯更换。
算一算因为十分之一的驱动板却要丢弃剩下十分之九的灯（灯芯和散热片占了整个灯具绝大部分的成本），如果每一个厂商都没有做好再利用的话，客户是不会喜欢这样的产品的。
5.效率
也许有人会很奇怪，LED是节能产品，为什么要考虑效率的问题？
我在这里提到两点，一个是PF值，一个是系统效率。
由于现有的LED设计多数都是低功率的，受成本的压力均采用被动PFC（填谷式），PF可能最高90，远远小于主动PFC动辄99的效率，对国家而言用LED取代发光效率非常接近的荧光灯是个压力。
由于LED的灯具现有的设计（除了路灯之外）多数都是小功率的，像是4.8W，7.2W等，器件的损耗占了很大的比例，隔离方式的必然很低，为了提高效率而采用非隔离方式不但要在安全上做很好的设计，而且效率也仅仅在80左右，很不理想。
并且，现有的LED生产厂商到底LED的光照度做到了多少，都没有提供准确的数值，往往发光亮度远远小于标称值。
6.光感
光感，就是人眼对LED发光的视感——视觉感受。
因为LED灯作为一个照明的产品，其视感是非常重要的。
LED一个优势是光谱纯净，但是这在视觉上面却是一个非常严重的劣势。
人的眼睛是不能长时间观测一个单色谱的光源，尤其是发育期的婴幼儿、儿童等，市场上推出的纯冷白光的儿童护眼灯是不合适的，即便是不闪的，在这方面暖色调的全光谱的白炽灯才是相对最合适的（以太阳光为参考，不可否认，太阳光才是生命最需要的）（如果大家有了解LED植物生长灯的，就应该考虑一下既然植物生长都需要调制的光源，人眼更需要）。
当然，LED可以调制，但是比较麻烦，比较专业，需要理论和大量的调研数据支持，是很多均光材料厂商或者LED光源厂商抑或是方案供应商难以实现的。
LED是点光源，所以一般LED的灯具颗粒感都比较明显，并且其发光位置比较集中，目视灯具的时候会有刺痛感，这种感觉在其他光源中一般只有大功率的才会出现。
所以LED需要在均光上面做更好的设计，以实现在保证亮度的情况下，将点光源尽量扩展成面光源，提高眼睛的舒适度。
再有就是很多产品都会做LED调光设计，以节约能源，且不说低功率的时候效率的问题，由于线圈中的电流的存在，会导致调光设计中灰阶变化不连续，也就是说按比例调节的过程中，LED的亮度会慢慢变亮再突然变亮，视感很不舒服，调光技术还是需要开发。
从这几方面说，LED灯具的设计还需要进一步的开发。
LED有什么优势？
除了光效率高，节能，无污染之外还有一个非常特别而常常被忽略的优势——低电压驱动。
之所以提到这一点，是LED可以作为低电压的安全照明来使用，将电源和灯芯，高压的部分就不会和用户直接接触，而避免一些安全问题的出现，例如现有的灯具在破损的时候更换而出现的安全问题。
但是现有的很多LED设计采用非隔离模式以提高效率，使得灯头依旧是高压，十分的不安全。
相比较现有的LED家用照明
升级会员 