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  • 这张图就可以解释为什么我们分不清辐照度亮度之类的概念了。 那么我们平时会如何用这些关系呢?...例如:我们知道一个光源,而且知道光源发光强度,同时我们需要求空间一处面元接受的光照度 ...

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    这张图就可以解释为什么我们分不清辐照度和亮度之类的概念了。
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    那么我们平时会如何用这些关系呢?

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    例如:我们知道一个光源,而且知道光源发光强度,同时我们需要求空间一处面元接受的光照度
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  • 光照强度的区别

    千次阅读 2020-02-20 10:13:11
    常用的光学量概念有发光强度光照度、光出射度光亮度。“光强”只是一个通俗的说法,很难说对应哪一个光度学概念。以上所说的几个概念都是有严格的物理定义的: 发光强度:光源在单位立体角内发出的光通量,单位...

    在光度学中是没有“光强”这样一个概念的。常用的光学量概念有发光强度、光照度、光出射度和光亮度。“光强”只是一个通俗的说法,很难说对应哪一个光度学概念。以上所说的几个概念都是有严格的物理定义的:
    发光强度:光源在单位立体角内发出的光通量,单位是坎德拉,即每球面度1流明。
    光照度:被照明面单位面积上得到的光通量,单位是勒克斯,即每平方米1流明。
    光出射度:光源单位面积上发出的光通量,单位与光照度相同。
    光亮度:单位面积上沿法线方向的发光强度,或称单位面积在其法线方向上单位立体角内发出的光通量,单位是尼特,即每平方米每球面度1流明。
    由于发光强度、光亮度与方向有关,容易推导出:各个方向上光亮度相同的光源其发光强度是方向的余弦函数,在法线方向上发光强度最大,称为余弦辐射体,也叫朗伯光源。各个方向上发光强度都相等的光源其光亮度就是不等的。
    发光强度、光出射度和光亮度都是表示光源的发光的发光特性的。楼上所说考虑太阳到地球距离的平方是将太阳当成点光源,利用地面上的照度计算太阳的发光强度。而把太阳朝向地球的这一面作为一个面光源,再除以这个面积就是太阳在与地球连线方向的光亮度。当然这与太阳直接发光的发光强度或光亮度相比是有下降的,因为太阳光经过大气还要衰减的。
    这些光学量都用到光通量,光通量是与辐射能通量相对应的光学量,因为光是一种电磁辐射。不同波长的电磁波1瓦的辐射能通量所相当的光通量是不一样的,换算到光通量要考虑人眼的光谱灵敏度曲线,即人眼对不同波长同样的辐射能通量所感受到的光是不一样的,如红外光、微波、紫外光等人眼是看不见的,而400nm到760nm波长的可见光是人眼能看得见的。
    在物理光学中也提到“光强”,是用麦克斯韦方程组解出光的电矢量,电场强度的平方就是物理光学中的光强,主要用于计算干涉、衍射效应得到的图形。
    在光学各相关学科中光强度是一个比较含糊的概念,不同的分支有不同的说法,有的等同于发光强度,有的等同于光照度,有的等同于光亮度。而光度学中这几个概念是有严格的物理意义的。
    由于地面上的照度是由天空及地球上整个环境包括天空各部分的亮度、地面上其他反射体反射、散射而得到的光亮度综合产生的照度,所以难以用一个直接的公式进行计算。不过可以借助成像光学系统来实现您的想法,可以用一个照相物镜,或者简单点用一个放大镜也行,将某一部分光源例如天空或别的什么成像于像面上,将照度计置于像面测得照度E,则E=1/4πKL(D/f’)2。公式中的2是平方,应该是上标的,这里打不出来。K是光学系统的透过率,L就是你要求的亮度,D是你的成像系统的通光口径,f’是成像系统的焦距。如果是照相物镜,D/f’就是光圈数的倒数。利用这个公式就可以从照度换算到亮度。这个公式用于计算对无穷远成像时像面的照度或已知照度反过来求无穷远物的亮度。

    参考文章:光照度和光强度的区别

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  • 发光强度、亮度、光照度,这些不常见的单位傻傻分不清? http://mini.eastday.com/a/180327104724257.html

    发光强度、亮度、光照度,这些不常见的单位傻傻分不清?

    http://mini.eastday.com/a/180327104724257.html

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  • 一、 发光强度(Intensity,简写为I) 1. 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。它是点光源的固有属性,表征发光体在空间发射的汇聚能力的。可以说,发光强度就是描述了...

    一、 发光强度(Intensity,简写为I)

    1. 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。它是点光源的固有属性,表征发光体在空间发射的汇聚能力的。可以说,发光强度就是描述了光源到底有多亮。

    2. 单位

    坎德拉,即cd。

    3. 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。
    1cd是指单色光源(频率540X10ˇ12HZ,波长0.550微米)的光,在给定方向上(该方向上的辐射强度为(1/683)瓦特/球面度))的单位立体角内发出的发光强度。球面度是一个立体角,其定点位于球心,而他在球面上所截取的面积等于以球的半径为边长的正方形面积。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),F为光通量,单位是流明,对于点光源则I=F/4。
    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。

    4. 示例

    太阳:2.8E27 cd;
    高亮手电:10000 cd;
    5mm超高亮LED:15 cd;

    二、 光通量(Flux,简写为F)

    1. 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。它是光源的固有属性,是单位时间内光源辐射的总能量,即光功率。

    2. 单位

    流明,即lm。

    3. 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 = 4πI。也就是说,若光源的I为1cd,则总光通量为4π =12.56 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。

    4. 示例

    40W的普通白炽灯的标称光通量为360 lm;
    40W日光色荧光灯的标称光通量为2100 lm;
    400W标准型高压钠灯的光通量可达48000 lm;

    三、 光照度(Illuminance,简写为E)

    1. 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。它从另一个角度来反映光源亮不亮。

    2. 单位

    勒克斯即lx(以前叫lux)。

    3. 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。

    4. 示例

    阳光直射(正午)下:110,000 lx;
    阴天室外:1000 lx;
    商场内:500 lx;
    阴天有窗室内:100 lx;
    普通房间灯光下:100 lx;
    满月照射下:0.2 lx;

    四、 亮度(Luminance,简写为L)

    1. 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)。它反映的是发光面或反射面光线进入到人眼里面时的感受亮不亮。

    2. 单位

    尼特,即nt,或者nit。等同于cd/m2。

    3. 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(包括发光面和反射面)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(人眼的感受)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。
    光亮度是指一个表面的明亮程度,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(或吸收系数),例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别是很大的。白纸的反射系数是80%,而黑纸的反射系数只有3%。

    4. 示例

    红色激光指示器:20,000,000,000 nt;
    太阳表面:2,000,000,000 nt;
    白炽灯灯丝:10,000,000 nt;
    阳光下的白纸:30,000 nt;
    人眼能习惯的亮度:3,000 nt;
    满月表面:2,500 nt;
    人眼能比较好的分辨出颜色的亮度:1 nt;
    满月下的白纸:0.07 nt;
    无月夜空:0.0001 nt;

    五、 彼此间的换算

    1lux=1lm/m2
    1nt=1cd/m2

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