光通量发光强度照度亮度色温等概念.docx
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光通量发光强度照度亮度色温等概念
光通量、发光强度、照度、亮度、色温等观点
0、序言
光是一种人类眼睛能够见的电磁波（可见光谱），它不过电磁波谱上的一段频谱（波长为380-780nm）。
光是由一种称为光子的基本粒子构成，拥有粒子性与颠簸性，或称为波粒二象性。
权衡灯具发出的光的主要参数有色温、照度、亮度、光通量、显色性、发光效率和发光强度。
光度学与光有关的常用量有4个：
光通量、发光强度、照度、亮度。
这4个量只管是有关的，但为不同的，
不可以相混。
正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量相同。
评论LED质量还有此外3个直指标：
显色性、色平和光效。
1、光通量（F，Flux），单位流明（lm）。
（是光源的固有属性，是单位时间内光源辐射的总能量,即光功率）
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
解说：
相同，这个量是对光源而言，是描绘光源发光总量的大小的，与光功率等价。
光源的光通量越大，则发出的光芒越多
关于各向同性的光（即光源的光芒向周围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。
要想被照耀点看起来更亮，我们不单要提升光通量，并且要增大汇聚的手段，实质上就是减少面积，这样才能获得更大的强度。
要知道，光通量也是人为量，关于其余动物可能就不相同的，更不是完整自然的东西，因为这类定义完整部是依据人眼对光的响应而来的。
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2、发光强度（I，Intensity），单位坎德拉（cd）。
（是点光源的固有属性，表征光芒的汇聚能力）
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），表示光源在某球面度立体角（该物体表面对点光源形成的角）内发射出
1lm的光通量。
1cd=1lm/1sr（sr-----立体角的球面度单位）。
1cd定义：
在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于平方厘米的绝对“黑体”
（即能够汲取所有外来光芒而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝结温度
（约2042K或1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1坎德拉（Candela，简写cd）。
或许：
发射540×1012Hz（波长555nm）频次单色光，在指定方向的光芒发射强度为的光源，在该方向的光强就定义为1cd。
与往常丈量辐射强度或丈量能量强度的单位对比较，发光强度的定义考虑了人的视觉要素和光学特色，是在人的视觉基础上成立起来的。
解说：
发光强度是针对点光源而言的，或许发光体的大小与照耀距离对比比较小的场合。
这个量是表示发光体在空间发射的汇聚能力的。
能够说，发光强度就是描绘了光源究竟有多“亮”，因为它是光功率与汇聚能力的一个共同的描绘。
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耀后的物体也就越亮，所以，早些时候描绘手电都用这个参数。
此刻LED也用这个单位来描绘，比方某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，所以15000mcd就是15cd。
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之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为从前最早LED比较暗，比方1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，所以才用mcd表示，此刻LED都很厉害了，但仍是沿用本来的说法。
用发光强度来表示“亮度”的弊端是，假如管芯完整相同的两个LED，汇聚程度好的发光强度就高。
所以，购置LED的时候不要一味追求高I值，还要看照耀角度。
好多高I值的LED并不是提升自己的发射效率来达到，而是把镜头加长照耀角度变窄来实现的，这只管对LED手电实用，但可察看角度也受限。
此外，相同的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的，因为透镜越大汇聚特征就越好。
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耀地的照
度是与这个成正比的。
特其余说，距离1m的lx就是cd值。
可是，好多场合下
我们需要照耀面积大一些，所以只用发光强度这一特征还不可以全面反响手电的
能力。
比方，相同的筒身，换个大头（大反光杯）则I值立刻增大很多。
所以，好多状况下我们用光通量（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，是因为这是我们惯例说的亮度，并不是光度学严格意义上的亮度，这一单位后边会睁开。
前方说到的光通量是说明某一光源向周围空间发射出的总光能量。
不同光源发出的光通量在空间的散布是不同的。
这就需要引入发光强度的观点。
比如
悬吊在桌面上空的一盏100W白炽灯，它发出1250lm光通量。
但用不用灯罩，投射到桌面的光芒就不相同。
加了灯罩后，灯罩将往上的光向下反射，使向下
的光通量增添，所以我们就感觉桌面上亮了一些。
40W白炽灯正下方拥有约30cd的发光强度。
而在它的上方，因为有灯头和
灯座的遮挡，在这方向上没有光射出，故此方向的发光强度为零。
如加上一个不透明的搪瓷伞型罩，向上的光通量除少许被汲取外，都被灯罩朝下边反射，所以向下的光通量增添，而灯罩下方立体角未变，故光通量的空间密度加大，发光强度由30cd增添到73cd。
常有光源发光强度（cd）：
xx，2.8E27
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xx手电，100
5mm超高亮LED，15
3、光照度（E，Illuminance），单位勒克斯（lx，从前叫lux）。
（从另一个角度来反应光源亮不亮）
定义：
1流明的光通量均匀散布在1平方米表面上所产生的光照度
解说：
光照度是对被照地址而言的，但又与被照耀物体没关。
一个流明的光，均
匀射到1m2的物体上，照度就是1lx。
照度的丈量，用照度表，或许叫勒克斯表、lux表。
事实上，照度是最简单丈量的了（相对其余三个量），照度表很廉价就能够买到（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，比如机房不得低于200lx。
阳光下的照度是自然界里面很大的也很常有的了，为11万lx左右（自己实测）。
我方才丈量了一下，房间是，有12个20W的日光灯管，桌面照度为400勒克司。
为了比较度的量有一个感性的认识，下边举一例进行计算，一只
100W的
白炽灯，其发出的总光通量约为1200Lm，若假设该光通量均匀地散布在一半球面上，则距该光源1m和5m处的光照度值可分别按以下步骤求得：
半径为1m的半球面积为2π×12=6.28m2，距光源1m处的光照度值为：
1200Lm/6.28m2=191Lux。
同理，半径为5m的半球面积为:
2π×52=157m2，距光源5m处的光照度值为：
1200Lm/157m2=7.64Lux。
常有照度（勒克xx）：
xx直射（正午）下，110,000
阴天室外，1000
商场内，500
阴天有窗室内，100
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一般房间灯光下，100
满月照耀下，0.2
简单的计算原理（实质很复杂，波及微积分自己网上认识即可）
照度E=（光通量L/（照耀面积S*垂直距离的平方））*COS3θ（夹角为垂直光芒与照耀面法线夹角）
举例：
迅速路要求20Lx，光源垂直距离为8米，照耀半径为2米，则选择什么光源和功率？
答：
依据公式推出光通量L=（E/COS3θ）*照耀面积S*垂直距离的平方
=20*1*3.14*2*2*8*8=16076Lm
依据不同光源的光效推出功率：
W=L/光效，如选择无极灯，，可是实质上这么大功率的直流无极灯极少用，可换成低压钠灯：
即可。
备注：
权衡公路路灯的两个重要指标就是：
均匀照度、照度均匀度=最小照度/均匀照度依据《城市道路照明设计标准》要求，常有公路的照度及照度均匀度要求：
道路种类均匀照度xx
迅速路、骨干路20Lx≤0.4
次干道10Lx≤0.35
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支路8Lx≤0.3
4、亮度（L，Luminance），单位尼特（nt）。
反应的是发光面或反射面光芒进入到人眼里面时的感觉亮不亮。
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，也叫单位面积发光面的光照强度。
坎德拉/平米
解说：
这个是最简单被误会的观点了。
亮度是针对光源而言，并且不是对点光源，是对面光源（包含发光面和反射面）而言的。
不论是主动发光的仍是被动（反射）发光的。
亮度是一块比较小的面积看起来（人眼的感觉）究竟有多
“亮”的意思。
这个多“亮”，与取多少面积没关，但为了均匀，我们把面积获得比较小，所以才会出现“这一点的亮度”这样的说法。
事实上，点光源是没有亮度观点的。
此外，发光面的亮度与距离没关，但与察看者的方向有关。
说一个手电很“亮”，其实不是说该手电的亮度高（因为手电是没有亮度观点的），而是说其发光强度大，或许是说被它照耀的物体亮。
说一个星星（点光源）很亮，并不是是说其亮度高，而是说其星等高而已。
亮度不单取决于光源的光通量，更取决于等价发光面积和发射的汇聚程度。
光明度是指一个表面的光明程度，即从一个表面出来或反射出来的光通量，而不同的物体有不同的反射系数（或汲取系数），比如在同一照度的地方，先后放上一张白纸和黑纸，对人眼而言其亮度差异是很大的。
白纸的反射系数是80%，而黑纸的反射系数只有3%。
常有发光体的亮度（尼特）：
红色激光指示器，20,000,000,000
xx表面，2,000,000,000
白炽灯灯丝，10,000,000
xx下的白纸，30,000
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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
对照剖析：
照度与亮度
照耀在某一单位面积表面上的入射光的总量，可用照度来反应；
若从某一单位面积表面上反射到人眼中的反射光总量，可用亮度来反应。
还有说照度和亮度一般是比较射距离必定，照耀光斑必定的发光体而言的，如：
路灯；关于手电筒之类的光斑、照耀距离不定的无法说照度和亮度，要说则必定指出是在什么距离和照耀面积下。
小结：
光通量、光强、亮度和照度的关系简单概括以下：
光通量除以单位立体角等于光强；
光通量除以单位面积等于照度；
光强除以单位面积等于亮度。
用一个简单图来表示：
5、色温（CorrelatedColorTemperature,CCT）
即经过开尔文温度表示的黑体的温度来表示颜色。
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我们知道，往常人眼所见到的光芒，是由7种色光的光谱所构成。
但此中有些光芒偏蓝，有些则偏红，色温就是特意用来量度光芒的颜色成分的。
因为颜色细分能够有上百万种，而不是简单的赤橙黄绿青蓝紫，只有经过黑体在不同温度下辐射出的相应光芒来定义，最为科学。
用以计算光芒颜色成分的方法，是19世纪末由英国物理学家洛德·开尔文所创办的，他拟订出了一整套色温计算法，而其详细设定的标准是鉴于以一黑体辐射器所发出来的波长。
开尔文以为，依据MaxPlanck的理论，将一具完整汲取与放射能力的标准黑体加热，温度渐渐高升光度亦随之改变。
假设某一纯黑物体，能够将落在其
上的所有热量汲取，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量所有以“光”的形式开释出来的话，它便会因遇到热力的高低而变为不同的颜色。
比如，当黑
体遇到的热力相当于500—550摄氏度时，就会变为暗红色，到1050一1150摄氏度时，就变为黄色,,因此，光源的颜色成分是与该黑体所受的热力温度相对
应的。
只可是色温是用开尔文（K）色温单位来表示，而不是用摄氏温度单位。
打铁过程中，黑色的铁在炉温中渐渐变为红色，这即是黑体理论的最好例子。
当黑体遇到的热力使它能够放出光谱中的所有可见光波时，它就变为白色，往常我们所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑体。
色温计算法就是依据以上原理，
用。
K来表示受热钨丝所放射出光芒的色温。
依据这一原理，任何光芒的色温是相当于上述黑体发散出相同颜色时所遇到的“温度”。
CIE色座标上的黑体曲线显示黑体由红枣橙红枣黄白枣蓝白的过程。
黑体加温到出现与光源相同或靠近光色时的温度，定义为该光源的有关色温度，称色
温，以绝对温度K（Kelvin，或称开氏温度）为单位（K=℃+273.15）。
所以，黑体加热至体现红色时温度约为527℃即800K，其余温度影响光色变化。
光色愈偏蓝，色温愈高；偏红则色温愈低。
一天中间日光的光色亦随时间变化：
日出后40分钟光色较黄，色温3000K；下午阳光雪白，上涨至4800-5800K；阴天正正午分则约6500K；日落前光色偏红，色温又降至2200K。
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因有关色温度事实上是以黑体辐射靠近光源光色时，对该光源光色表现的评论值，并不是一种精准的颜色对照，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。
仅凭色温无法认识光源对物体的显色能力，或在该光源下特体颜色的再现怎样。
再比方：
烛光，1930K；钨丝灯，2760-2900K；荧光灯，3000K；正午阳光，5400K。
6、显色性
是指在此光芒下，能够现出被照耀物体的原有颜色的性质。
比如：
高压钠灯的光芒是橙黄色，则原来白色的物体在他的照耀下也体现橙黄色，颜色失真，则显色性差。
光源关于物体颜色展现的程度成为显色性，也就是颜色传神的程度，显色性高的光源对颜色的表现较好，我们所看到的颜色也就较近自然原色。
显色性低的裁减对颜色的表现较差，我们所看到颜色误差也较大。
为何会有显色性高低之情况发生？
其重点在于该光芒之”分光特征”。
可见光之波长在380nm至780nm之范围内，也就是我们在光谱中见到的红、橙、黄、绿、兰、靛、紫的范围，假如光源所放射的光之中所含的各色光的比率和
自然光邻近。
则我们眼睛所看到的颜色也就较为传神。
均匀显色评论（Re）：
在光源照耀下的色彩的再现度的数值表示以Ra100为基准光。
数值越低、与基准光差异越大，显色性愈低。
7、光效
单位，流明/瓦，即1W的能量能够变换成多少LM的光通量。
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至于电光源的发光效率，是此外一个有关的话题，是说1W的电功率究竟能转变为多少光通量。
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。
关于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W=683lm，也就是说，1W的功率所有变换成波长为555nm的光，为683流明。
这个是最大的光变换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。
关于其余颜色的光，比方1W的650nm的红色光，关于人眼的感觉仅相当于73流明的555nm光，这是因为人眼对红光不敏感的原由。
关于白色光，要看状况了，因为好多不同的光谱构造的光都
是白色的。
比如LED的白光、电视上的白光以及日光就差异很大，光谱不同。
（这里其实解说了“冷白”的LED灯珠比相同型号的“中白”看起来要亮一些的原
因。
其实两者光效差异不大，不过人眼对两者的敏感度不同，冷白更刺目而已，是一种假亮）
电光源的发光效率，是说1W的电功率究竟能转变为多少光通量。
假如所有变换成555nm的光，那就是683流明/瓦。
但假如有一半变换成555nm的光，另一半变为热量损失了，那效率就是341.5流明/瓦。
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。
丈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。
常有发光的大概效率（流明/xx）
白炽灯:
15
白色LED:
120
日光灯:
50
xx灯LVD:
60
节能灯:
60
xx:
94
钠灯:
120。
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（LED的光效已经超出太阳了？
！
是的，没错，可是也可是这样，仍是远远
不可以知足我们的需要。
你也就理解了筒友们为何要疯狂地追求光通量和照度了：
-D）
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