光学单位-亮度与照度.doc

亮度与照度
一、光学中常用物理量
1.光通量(符号Φ，单位流明)
光通量（Luminousflux）：即一光源单位时间内所放射出的光能量，为描述光源发光能力的基本量，单位为流明（Lumen,lm）。例如一个100W的灯泡可产生1,750lm，而一支40W冷白日光灯管则可产生3,150lm的光通量。根据定义，1lm为发光强度1cd的均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。即
2.发光强度(符号I，单位坎德拉cd)
发光强度（Luminousintensity,Candlepower）：发光强度简称光强，指光源在特定方向单位立体角（单位为sr）内所放射出来的光通量，也就是光源或照明灯具所发出的光通量在空间选定方向上分布密度，单位为烛光（CandleorCandela,cd）。发光强度为1cd的光源可放射出12.57lm的光通量。
3.照度(符号E，单位勒克斯lux，尺烛光fc)
照度（luminance）：受照平面上接受光通量的密度，可用每一单位面积的光通量来测量。1lm的光通量均匀分布在1平方公尺（m2）的表面，即产生1勒克斯（Lux）的照度；1lm的光通量落在1平方英尺（ft2）的表面，其照度值为1尺烛光（Footcandle,fc）。
3.辉度亮度(符号L，单位尼特cd/m2，英尺朗伯fl)
辉度或亮度（luminance,Brightness）：当人眼目视某物所看到的，可以两种方式表达：一用于较高发光值者如光源或灯具，直接以其发光强度来表示；另一则用于本身不发光只反射光线者如：室内表面或一般物体，以亮度表示。亮度即被照物每单位面积在某一方向上所发出或反射的发光强度，用以显示被照物的明暗差异，公制单位为烛光/平方公尺（Candela/m2,cd/m2）或尼特（nit），英制单位为英尺朗伯（Footlambert,fl）。
4.反射率
反射率（Reflectanceorreflectionfactor）：某表面的亮度取决于落于其上的光量与该表面所能反射光线的能力；其所能反射的光的多寡与分布形式则取决于该材料表面的性质，以反射光与入射光的比值来表示，称为该材料表面的反射比或反射率（%）。完美的黑色表面的反射比为0，亦即无论多少光落于其上皆无亮度产生而全被吸收；反之，完美白色表面的反射比为1（反射率100%，吸收率0%）。反射比的测量，首先，将照度计置于物体表面读出其表面照度值Ei（Incidentlight），再将照度值置于其上5-8cm（感光部分朝该表面且确定无阴影遮挡），即可测出其所反射的照度值Er（Reflectedlight），表面照度除反射照度所得之商即为该材料表面的反射比
二、单位及单位换算
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。
坎德拉（candela）的定义：在101325N/m2牛顿的标准大气压下，面积等于1/60cm2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,或1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1坎德拉(cd)。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。
这种定义是以纯铂在凝固点下的光谱成份为基点的，要对其他光辐射进行测量，就要换算到相应的光谱成份，还需相应的视见函数值，不易准确，另外这种定义也没有明确规定最大光功当量Kmax之值，影响光度学和辐射度学之间的换算。
1979年第16届国际计量大会通过决议，废除上述坎德拉的定义，并规定：
坎德拉是发出540x1012Hz频率的单色辐射源在给定方向上的发光强度，该方向上的辐射强度为(1/683)W/sr。
坎德拉是国际单位制的基本单位（旧称“烛光”，俗称“支光”）。规定。。
有了发光强度单位及发光强度与光亮度、光通量、光照度间的关系，光亮度、光通量和光照度的单位也就确定了。
自然光的照度在不同光线情况下为：晴天阳光直射地面照度约为100000lx晴天背阴处照度约为10000lx晴天室内北窗附近照度约为2000lx晴天室内中央照度约为200lx晴天室内角落照度约为20lx阴天室外50—500lx阴天室内5—50lx月光（满月）2500lx日光灯5000lx电视机荧光屏100lx阅读书刊时所需的照度50-60lx在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx晴朗月夜照度约为0.2lx黑夜0.001lx
常见光源的亮度(新概念-光学)：
在地球大气层外看到的太阳约190000cd/cm2
通过大气看到的太阳约150000cd/cm2
钨丝白炽灯约为500cd/c