光照度(Lx)和光強度(支光)
1967年法國第十三屆國際計量大會(huì )規定了以 坎德拉、坎德拉/平方米、流明、勒克斯分別作為發(fā)光強度、光亮度、光通量和光照度等的單位,為統一工程技術(shù)中使用的光學(xué)度量單位有重要意義。
1. 燭光、國際燭光、坎德拉(candela)的定義
在每平方米101325牛頓的標準大氣壓下,面積等于1/60平方厘米的絕對“黑體”(即能夠吸收全部外來(lái)光線(xiàn)而毫無(wú)反射的理想物體),在純鉑(Pt)凝固溫度(約2042K獲1769℃)時(shí),沿垂直方向的發(fā)光強度為1 坎德拉。并且,燭光、國際燭光、坎德拉 三個(gè)概念是有區別的,不宜等同。從數量上看,60 坎德拉等于58.8國際燭光,亥夫納燈的1燭光等于0.885國際燭光或0.919坎德拉。
2. 發(fā)光強度與光亮度
發(fā)光強度簡(jiǎn)稱(chēng)光強,國際單位是candela(坎德拉)簡(jiǎn)寫(xiě)cd。Lcd是指光源在指定方向的單位立體角內發(fā)出的光通量。光源輻射是均勻時(shí),則光強為I=F/Ω,Ω為立體角,單位為球面度(sr),F為光通量,單位是流明,對于點(diǎn)光源由I=F/4 。光亮度是表示發(fā)光面明亮程度的,指發(fā)光表面在指定方向的發(fā)光強度與垂直且指定方向的發(fā)光面的面積之比,單位是坎德拉/平方米。對于一個(gè)漫散射面,盡管各個(gè)方向的光強和光通量不同,但各個(gè)方向的亮度都是相等的。電視機的熒光屏就是近似于這樣的漫散射面,所以從各個(gè)方向上觀(guān)看圖像,都有相同的亮度感。
3. 光通量與流明
光源所發(fā)出的光能是向所有方向輻射的,對于在單位時(shí)間里通過(guò)某一面積的光能,稱(chēng)為通過(guò)這一面積的輻射能通量。各色光的頻率不同,眼睛對各色光的敏感度也有所不同,即使各色光的輻射能通量相等,在視覺(jué)上并不能產(chǎn)生相同的明亮程度,在各色光中,黃、綠色光能激起最大的明亮感覺(jué)。如果用綠色光作水準,令它的光通量等于輻射能通量,則對其它色光來(lái)說(shuō),激起明亮感覺(jué)的本領(lǐng)比綠色光為小,光通量也小于輻射能通量。光通量的單位是流明,是英文lumen的音譯,簡(jiǎn)寫(xiě)為lm。絕對黑體在鉑的凝固溫度下,從5.305*10³cm²面積上輻射出來(lái)的光通量為1lm。為表明光強和光通量的關(guān)系,發(fā)光強度為1坎德拉的點(diǎn)光源在單位立體角(1球面度)內發(fā)出的光通量為1六名。一只40W的日光燈輸出的光通量大約是2100流明。
4. 光照度與勒克斯
光照度可用照度計直接測量。光照度的單位是勒克斯,是英文lux的音譯,也可寫(xiě)為lx。被光均勻照射的物體,在1平方米面積上得到的光通量是1流明時(shí),它的照度是1勒克斯。有時(shí)為了充分利用光源,常在光源上附加一個(gè)反射裝置,使得某些方向能夠得到比較多的光通量,以增加這一被照面上的照度。例如汽車(chē)前燈、手電筒、攝影燈等。
流明是"光學(xué)亮度"的科學(xué)術(shù)語(yǔ),是指一個(gè)物體的視覺(jué)亮度。 在外行人的術(shù)語(yǔ)中,它通常指的是"亮度"。 亮度是用每平方米的燭光亮度(Cd/m2)或nits來(lái)表示,即蠟燭一燭光在一公尺以外的所顯現出的亮度。 在美國,英制單位Foot-lamberts(fL)也經(jīng)常被使用。 要將fL轉換為nits,就是把fL的數字乘以3.426(即1fL=3.426 nits)。
(1)光通量(φ) 光源在單位時(shí)間內,向周?chē)臻g輻射出使人眼產(chǎn)生感覺(jué)的能量,稱(chēng)為光通量。用符號φ表示,實(shí)用單位為流明 (lm),簡(jiǎn)稱(chēng)流。單位電功率所發(fā)出的流明數(lm/w),稱(chēng)為發(fā)光效率。
(2)發(fā)光強度(I) 光源在某一特定方向上單位立體角(球面度sr)內輻射的光通量,稱(chēng)為光源在該方向上的發(fā)光強度,簡(jiǎn)稱(chēng)光強,用符號I表示,單位為坎德拉(cd),簡(jiǎn)稱(chēng)坎。
坎得拉是國際單位制的基本單位(舊稱(chēng)“燭光”,俗稱(chēng)“支光”)。1(cd)=1(lm)/1(sr)。
1勒克斯相當于1平方米被照面上接收到的光通量為1流明時(shí)的照度。
自然光的照度在不同光線(xiàn)情況下為:
晴天陽(yáng)光直射地面照度約為100000lx
晴天背陰處照度約為10000lx
晴天室內北窗附近照度約為2000lx
晴天室內中央照度約為200lx
晴天室內角落照度約為20lx
陰天室外50—500lx
陰天室內5—50lx
月光(滿(mǎn)月)2500lx
日光燈5000lx
電視機熒光屏100lx
閱讀書(shū)刊時(shí)所需的照度50~60lx
在40W白熾燈下1m遠處的照度約為30lx
晴朗月夜照度約為0.2lx
黑夜0.001lx