照明常用参数:光通量,照度,光强等

光谷子

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。为使您了解和使用便利，以下将有关知识做一简单介绍：

1. 烛光、国际烛光、坎德拉（candela）的定义
在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“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获1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1 坎德拉。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。

2. 发光强度与光亮度
发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。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，对于点光源由I=F/4 。光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。
以下是部分光源的亮度值：单位cd/m²

太阳：1.5*10 ；日光灯：（5—10）*10³；月光（满月）：2.5*10³；黑白电视机荧光屏：120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。

3. 光通量与流明
光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，在各色光中，黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如果用绿色光作水准，令它的光通量等于辐射能通量，则对其它色光来说，激起明亮感觉的本领比绿色光为小，光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明，是英文lumen的音译，简写为lm。绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305*10³cm²面积上辐射出来的光通量为1lm。为表明光强和光通量的关系，发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1六名。一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。

① 单位:流明(lm)

  一流明=一烛光(1cd)的光源在一立体弧度角内所发出的光通量。
一烛光=每小时燃烧7.776克标准烛所发出的光.
  一流明也可以定义为:在空气中波长为555nm,与1/683W辐射通量相等的光通量。

② 关系式

  φ=4 π I
  (1烛光=4 π 流明 = 12.56 流明)
  (1cd = 4 π lm = 12.56 lm)


4. 光照度与勒克斯
光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。
以下是各种环境照度值：单位lux

黑夜：0.001—0.02；月夜：0.02—0.3；阴天室内：5—50；阴天室外：50—500；晴天室内：100—1000；夏季中午太阳光下的照度：约为10*9次方；阅读书刊时所需的照度：50—60；家用摄像机标准照度：1400。

①单位:
    •  勒克斯(lux)=流明/平方米
    •  幅透(phot)=流明/平方厘米
    •  米烛光:距离一烛光的光源一米处的点被照体表面上的照度。

②关系式
照度=光度/距离²

    E=I/r²
    r为光源到被照物表面的距离

③公式

    E=dφ/dA
    dA为被照体单位面积
当被照体倾斜,与光束成θ夹角时:

    E=dφcosθ/dA

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什么是显色性  
光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。 当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差(color shift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。演色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。

显色分两种

忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。

效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果。采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳；采用中等色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。

显色指数与显色性的关系

　　当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的color shift.

色差程度越大，光源对该色的显色性越差。演色指数系数（Kau fman）仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。

　　白炽灯的显色指数定义为100，视为理想的基准光源。此系统以8种彩度中等的标准色样来检验，比较在测试光源下与在同色温的基准下此8色的偏离（Deviation）程度，以测量该光源的显色指数，取平均偏差值Ra20-100，以100为最高，平均色差越大，Rr值越低。低于20的光源通常不适于一般用途。
指数（Ra）  等级  显色性  一般应用   
90-100  1A  优良  需要色彩精确对比的场所  
80-89  1B  需要色彩正确判断的场所  
60-79  2  普通  需要中等显色性的场所  
40-59  3  对显色性的要求较低，色差较小的场所  
20-39  4  较差  对显色性无具体要求的场所   

我国国家标准“光源显色性评价方法GB5702－85”中规定用普朗克辐射体（色温低于5000K）和组合日光（色温高于5000K）做参照光源。为了检验物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度，采用“一般显色性指数”作为定量评价指针。显色性指数最高为100。显色性指数的高低，就表示物体在待测光源下“变色”和“失真”的程度。例如，在日光下观察一副画，然后拿到高压汞灯下观察，就会发现，某些颜色已变了色。如粉色变成了紫色，蓝色变成了蓝紫色。因此，在高压汞灯下，物体失去了“真实”颜色，如果在黄色光的低压钠灯底下来观察，则蓝色会变成黑色，颜色失真更厉害，显色指数更低。光源的显色性是由光源的光谱能量分布决定的。日光、白炽灯具有连续光谱，连续光谱的光源均有较好的显色性。

　　通过对新光源的研究发现，除连续光谱的光源具有较好的显色性外，由几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果。如450nm的蓝光，540nm的绿光，610nm的桔红光以适当比例混合所产生的白光，虽然为高度不连续光谱，但却具有良好的显色性。用这样的白光去照明各色物体，都能得到很好的显色效果。

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•高压钠灯发光颜色为黄色，色温及显像指数都比较低。太阳光显像指数为100，而高压钠灯的显像指数仅为20左右（黄光）。

•LED光源照明灯的色温可以在4000-7000K之间灵活选择，显像指数最可达80以上，灯具发光颜色更接近于自然光。

•钠灯的灯泡结构决定了灯具的光源利用率低，仅有40%左右。灯管的发光角度为360°大部分必须通过反射器反射后才能照射到指定区域。

•LED灯具光源利用率高，约为90%LED二极管发光角度同灯具的发光角度可保持一致，因此灯具大部分的光是直接照射到指定区域，只有很少一部分是通过反射，因此光源利用率高。

•高压钠灯灯泡启动时间长，再次启动时需要有一定的时间间隔。高压钠灯在通电5～10分钟左右的时间，才能达到正常的亮度，再次启动的时间间隔一般要大于5分钟。

•LED灯不存在启动延时问题，可随时接通，随时工作，能够非常方便地实现智能化节能控制。

•钠灯由于灯亮时与灯来时的温度差异很大，若灯体不带呼吸系统时，反射器容易被有害气体腐蚀而产生较大光损。
        
•LED灯具不需要加装呼吸系统

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随着半导体发光材料及其工艺的发展，LED的功率正越做越大，发光效率也在不断地提高。目前LED单颗芯片的尺寸已由以前的10×10mil2增大到40× 40 mil2及以上；通常人们把40× 40 mil2及以上的LED芯片称作功率型LED。

由于功率型LED 的应用面非常广，不同应用场合下对功率LED 的要求不一样。根据功率大小，目前的功率型LED 分为普通功率LED 和W 级功率LED 二种。输入功率小于1W 的LED（几十mW 功率LED除外）为普通功率LED；输入功率等于或大于1W 的LED 为W 级功率LED。而W 级功率LED 常见的有二种结构形式，一种是单芯片W 级功率LED，另一种是多芯片组合的W 级功率LED。

目前的多芯片组合阵列式LED，由于面积基本集成在很小的一个面积里，散热就成为一个问题,而LED最怕的就是高热，即使加铝或铜散热片,也很难将集成芯片所产生的高热短时间内导出并发散掉.同时，多芯片LED的生产要求非常严格，每颗芯片都不能有性能上的一点差异，否则，一颗芯片坏掉，就会导致整颗集成LED全部毁坏