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? 經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些愛好者對對光度學(xué)的一些基本概念比較模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的單位是什么？如何測量亮度？
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? 本文將試圖以不失嚴(yán)格性的情況下盡量通俗的回答這些問題，因此，文中列舉了大量的例子，同時給出四個量之間的關(guān)系和轉(zhuǎn)換算法，這也是大多數(shù)光學(xué)書里所沒有的。
? 光度學(xué)與光相關(guān)的常用量有4個：發(fā)光強度、光通量、照度、亮度。這4個量盡管是相關(guān)的，但為不同的不能相混。正像壓力、重力、壓強、質(zhì)量是不同的物理量一樣。
1、發(fā)光強度（I、Intensity），單位坎德拉，即cd。
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? 定義：光源在給定方向的單位立體角中發(fā)射的光通量定義為光源在該方向的(發(fā))光強(度)， 字串6
? 解釋：發(fā)光強度是針對點光源而言的，或者發(fā)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(fā)光體在空間發(fā)射的會聚能力的?？梢哉f，發(fā)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(fā)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(shù)。 字串1
? 現(xiàn)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。
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? 之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd來表示，是因為以前最早LED比較暗，比如1984年標(biāo)準(zhǔn)5mm的LED其發(fā)光強度才0.005cd，因此才用mcd表示，現(xiàn)在LED都很厲害了，但還是沿用原來的說法。
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? 用發(fā)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(fā)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(fā)射效率來達(dá)到，而是把鏡頭加長照射角度變窄來實現(xiàn)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(fā)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(fā)光強度這一特性還不能全面反應(yīng)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(guī)說的亮度，并非光度學(xué)嚴(yán)格意義上的亮度，這一單位后面會展開。 字串7
? 常見光源發(fā)光強度（cd）：
? 太陽，2.8E27
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? 高亮手電，10000
? 5mm超高亮LED，15
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2、光通量（F，F(xiàn)lux），單位流明，即lm。 字串3
? 定義：光源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的光量稱為光源的發(fā)光通量 字串4
? 解釋：同樣，這個量是對光源而言，是描述光源發(fā)光總量的大小的，與光功率等價。光源的光通量越大，則發(fā)出的光線越多 字串2
? 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(fā)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(xué)的單位比較，光通量相當(dāng)于壓力，而發(fā)光強度相當(dāng)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。
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? 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(jù)人眼對光的響應(yīng)而來的。 字串1
? 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(guān)系。對于人眼最敏感的555nm的黃綠光，1W = 683 lm，也就是說，1W的功率全部轉(zhuǎn)換成波長為555nm的光，為683流明。這個是最大的光轉(zhuǎn)換效率，也是定標(biāo)值，因為人眼對555nm的光最敏感。對于其它顏色的光，比如650nm的紅色，1W的光僅相當(dāng)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(jié)構(gòu)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。
? 至于電光源的發(fā)光效率，是另外一個相關(guān)的話題，是說1W的電功率到底能轉(zhuǎn)化成多少光通量。如果全部轉(zhuǎn)換成555nm的光，那就是每瓦683流明。但如果有一半轉(zhuǎn)換成555nm的光，另一半變成熱量損失了，那效率就是每瓦341.5流明。白熾燈能達(dá)到1W=20 lm就很不錯了，其余的都成為熱量或紅外線了。測量一個不規(guī)則發(fā)光體的光通量，要用到積分球，比較專業(yè)而復(fù)雜。 字串6
? 常見發(fā)光的大致效率（流明/瓦） 字串1
? 白熾燈，15
? 白色LED，20
? 日光燈，50 字串7
? 太陽，94 字串1
? 鈉燈，120
3、光照度（E，Illuminance），單位勒克斯即lx（以前叫l(wèi)ux）。
? 定義：1流明的光通量均勻分布在1平方米表面上所產(chǎn)生的光照度 字串9
? 解釋：光照度是對被照地點而言的，但又與被照射物體無關(guān)。一個流明的光，均勻射到1m2的物體上，照度就是1 lx。照度的測量，用照度表，或者叫勒克斯表、lux表。事實上，照度是最容易測量的了（相對其它三個量），照度表很便宜就可以買到（幾百元）。為了保護(hù)眼睛便于生活和工作，在不同場所下到底要多大的照度都有規(guī)定，例如機房不得低于200 lx。陽光下的照度是自然界里面很大的也很常見的了，為11萬lx左右（自己實測）。我剛才測量了一下，房間是3.8mx6.5m，有12個20W的日光燈管，桌面照度為400勒克司。
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? 常見照度（勒克司）：
? 陽光直射（正午）下，110,000
? 陰天室外，1000 字串2
? 商場內(nèi)，500?
? 陰天有窗室內(nèi)，100
? 普通房間燈光下，100
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? 滿月照射下，0.2 字串7
? 4、一個綜合計算的例子。
? 一個普通40瓦的白熾燈泡，其發(fā)光效率大約是每瓦10流明，因此可以發(fā)出400流明的光。我們可以認(rèn)為燈泡在空間上發(fā)光是均勻的，那么距離該燈泡1米處，其照度為400/12.56=32勒克司。其中12.56 = 4π，就是半徑1米的球體的表面積（已經(jīng)假設(shè)400流明的光是均勻分布在這個球體上的）。再假設(shè)被照射物體是某種綠色漫反射的，反射率是15%，那么，這個綠色物體被照射后就成為被動發(fā)光的，其表面亮度是15% * 32 / π = 1.5尼特。
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? 5、Q&A
? 問1、如何把LED的光會聚到一點？ 字串3
? 答1，這是不可能的。光學(xué)上有個定律，叫做像的亮度永遠(yuǎn)不大于光源的亮度。
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? LED是有發(fā)光面積的，因此有亮度，要是把全部或者大部分光會聚成很小的區(qū)域，其亮度就超過LED本身的亮度了，因此是不可能的。? 為了盡可能的會聚，只能增大反光碗/聚光鏡的尺度。用組合透鏡或者其它辦法無濟(jì)于事。?
? 問2，如果有一個電光源，可以把全部的電功率轉(zhuǎn)化成白色的可見光，理論上的效率有多高呢？
? 答2，上面已經(jīng)說過，要根據(jù)白色光的光譜而定。對于太陽光來講，為94流明/瓦。CIE1931色度系統(tǒng)的光效是很差的，因為紅色選擇了700nm的長波。相比之下，CRT電視或者是LED 電視的光效就高得多，為300流明/瓦。 字串4
? 問3，照度和被照物體的亮度有什么關(guān)系？
? 答3，亮度=反射率*照度/π 字串4
? 問4，激光為什么亮度高？ 字串7
? 答4，激光是在兩端嚴(yán)格平行的諧振腔內(nèi)多次諧振而發(fā)射出來的，因此平行度非常高，發(fā)散角非常小。又因為亮度是單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光流，因此作為分母的立體角度就很小，亮度自然就高了。高亮度的激光體現(xiàn)在可以傳播非常遠(yuǎn)而不發(fā)散，或者在近處可以會聚成非常小的光斑。
? 問5，如何測量手電或者LED的發(fā)光強度？ 字串3
? 答5，在黑暗中把照度表的探頭放到地上，距離1米處的把手電或LED向下照射測得照度的勒克司值，就是其發(fā)光強度的cd值。
? 問6，如何用照度計測量亮度？
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? 答6，亮度計和照度計是兩個東西，不能直接替代的。亮度計是測量發(fā)光體的亮度的，而照度計是測量被照射地點的照度的。但是，如果想知道比較大一些面積的發(fā)光體比如燈箱的亮度，同時這個物體觸手可得，那么可以用照度計的探頭直接貼在發(fā)光體上，讀出勒克司值后再乘上一個系數(shù)，就是亮度的尼特值。
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? 問7，如何測量一個燈泡的發(fā)光效率？
? 答7，可以用照度表，黑天在室外找一個相對較暗且空曠的地點，需要一個比較穩(wěn)定的電源和照度表?？諘绲哪康氖遣灰蟹瓷涔庹丈涞秸斩缺砩希虼藴y試時身體盡量遠(yuǎn)離燈泡和照度表，照度表表頭距離燈泡中心1m處測得照度值為E，則 字串3
? 效率 = 4 * π * E / N，結(jié)果單位是流明/瓦，其中N為燈泡功率 字串1
? 例如燈泡為N=40W，讀數(shù)為E=35.0 lx，那么效率就是 12.56 * 35 / 40 = 11流明/瓦
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