2024年1月10日发(作者：)
照明光学知识讲座
KAPER 工程部 姚成琳
照明光学分为二大类：
1、光源（LED， 灯胆）
2、光学元件（电杯，放大镜，玻璃，漏斗形电杯等
今天我们主要介绍的是照明光学中与光源有关几个常用量，及相互间的关系。
•光的解释
光：是一种能量形态,本质是电磁波.人们可见的光波则是电磁波频谱中很小的一个波段，它的波长范围在380 nm 到780 nm 之间，波长小于380 nm的波又分别称为紫外线 ，而波长大于380 nm 的波则分别称为红外线。在可见光的光谱中,从波长380 nm到780 nm,人们眼睛的颜色感觉则是：由紫->蓝->绿->黄->红。
•照明基本概念(量)
1.光通量
2.发光强度
3.照度
4.(电光源)发光效率
光通量
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.简称：光通量。在光学中用F表示光通量.
光通量（Luminance Flux），单位:流明，单位符号:lm
•解释：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,是说明光源发光的能力的基本量.
•光通量是人为量，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。
发光强度
它是一个国际制基本单位.
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.
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,简称:光强. 在光学中用I表示光强.
光强（I、Intensity），单位:坎德拉，单位符号:CD
立体角
立体角:它是一种国际制辅助单位.单位是：球面度，符号:Sr
定义:球面面积与半径平方的比值.
根据立体角的定义一个完整球的立体角大小是:
Sr=4π R2/R2 = 4π
那么一个光通量为F的点光源的光强是多少呢?
I=F/ 4π
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，只能用来做仪器上的指示灯.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，可用来作为照明光源. 单位用CD来描述.
常见光源发光强度（CD）：
太阳，2.8E27
高亮手电，10000
5mm超高亮LED，15
照度
定义:单位被照面积上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 .简称:照度.在光学中用E表示.
照度（E，Illuminance），单位:勒克斯单位符号:lx或lux.
解释：光照度是对被照地点而言的，但又与被照射物体无关。一个流明的光通量均匀射到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。
常见照度（lx）
阳光直射（正午）下，110,000
阴天室外，1000
商场内，500
阴天有窗室内，100
普通房间灯光下，100
满月照射下，0.2
发光效率
定义:1W的电功率转化成多少光通量
单位:流明/瓦,符号:lm/W
如果1W电功率全部转换成555nm的光，那就是每瓦683流明。但如果有一半转换成555nm的光，另一
半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5流明。白炽灯能达到20 lm/W就很不错了，其余的都成为热量或红外线了
LED的发光效率并不高（一般10-30lm/W，目前光效比较高的橙红色LED光效可以达到55lm/W），
白炽灯的发光效率约为10lm/W
荧光灯的发光效率约为60lm/W
量之间的关系
光强:I=F/Sr(CD,lm/sr)
照度:E=F/A(lx,lm/m2)
对于点光源来说:E=I/d2(d被照面与光源距离,单位:米)(此公式推导比较专业,我们记住此公式即可)
发光效率:η(feita)=F/P(lm/W)
