光源光強度怎么測量？光源光強度和光照度什么關系？

什么是光強度？光強度表示的是光源光通量的空間密度，即單位立體角內的光通量，單位為cd（坎德拉），它是光度學中的基本量，而且由發光強度可以導出其他光度量。那么，光源光強度怎么測量？光源光強度和光照度什么關系？本文對光源光強度測量方法及它與光照度的關系做了介紹。

什么是光強度？

發(fa)光(guang)強(qiang)度表(biao)示(shi)光(guang)源在(zai)給定方向上的(de)單位立(li)體角內發(fa)射的(de)光(guang)通量。假設光(guang)源是(shi)一個點光(guang)源或光(guang)源距離探測器足夠遠(yuan)以(yi)致光(guang)源面積可以(yi)忽略不計時(shi)，發(fa)光(guang)強(qiang)度可以(yi)表(biao)示(shi)為：

其(qi)中dΩ是點光源在某一方(fang)向上所張的立體角，如下圖所示。

在LED光(guang)強(qiang)測試(shi)中(zhong)通(tong)常用CIE推薦的(de)“平均發(fa)光(guang)強(qiang)度”概念(nian)，即照射在離LED一定距離處(chu)的(de)光(guang)探測器上的(de)光(guang)通(tong)量Φv與由探測器構成(cheng)的(de)立(li)體(ti)角(jiao)的(de)比(bi)值。其(qi)中(zhong)立(li)體(ti)角(jiao)可將探測器的(de)面積(ji)S除(chu)以測試(shi)距離d的(de)平方計(ji)算(suan)得到，因而有(you)如下計(ji)算(suan)式：

CIE關(guan)于近場(chang)條件(jian)下的(de)LED測試，有兩個(ge)(ge)推(tui)薦的(de)標準(zhun)條件(jian)：CIE標準(zhun)條件(jian)A和(he)CIE標準(zhun)條件(jian)B。這兩個(ge)(ge)條件(jian)都要求(qiu)所用的(de)探測器(qi)有一個(ge)(ge)面積為1cm2的(de)圓形入射孔徑。主要區(qu)別(bie)在(zai)于LED頂端(duan)到探測器(qi)的(de)距離(li)，立體(ti)角(jiao)和(he)平面角(jiao)（全角(jiao)）的(de)不同。

光強度的單位是什么？

光強度(du)的(de)(de)單(dan)(dan)位為(wei)坎德拉cd（candela）：一個光源發(fa)出(chu)頻率為(wei)540×1012赫茲的(de)(de)單(dan)(dan)色(se)輻射時（折(zhe)合(he)波長為(wei)λ=c/v=555.5nm），若在一定方向上的(de)(de)輻射強度(du)為(wei)1/683瓦特(te)每球面度(du)（W/sr），則此(ci)光源在該方向上的(de)(de)發(fa)光強度(du)為(wei)1cd（坎德拉為(wei)1979年10月16屆國際計量(liang)大(da)會制訂(ding)）。

1881年國際(ji)電(dian)工(gong)技(ji)術委員會定(ding)義：1/6英(ying)磅鯨(jing)腦油制成之蠟燭（07/8"），以120格令/小時（gr/h中(zhong)gr為1粒麥(mai)粒重、1磅=7000gr）的速(su)度燃(ran)燒時，沿(yan)水平方向的發光強度為1燭光。

光源發光強度的測量原理：

發光(guang)強(qiang)度(du)是物理(li)學(xue)中重要的(de)(de)研究參數之一(yi)，如(ru)下圖所示(shi)(shi)，其定(ding)義(yi)為(wei)光(guang)源在某一(yi)規定(ding)空間(jian)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)上的(de)(de)立(li)(li)體角(jiao)dΩ所對(dui)應(ying)面元dA具有的(de)(de)光(guang)通量dΦ與此空間(jian)所規定(ding)立(li)(li)體角(jiao)的(de)(de)比值。圖中S表(biao)示(shi)(shi)輻(fu)(fu)射(she)光(guang)源，n表(biao)示(shi)(shi)的(de)(de)是對(dui)應(ying)面元dA的(de)(de)法(fa)線方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)，它與S在此空間(jian)的(de)(de)輻(fu)(fu)射(she)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)存(cun)在一(yi)角(jiao)度(du)為(wei)θ，R表(biao)示(shi)(shi)S距其輻(fu)(fu)射(she)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)與dA交點的(de)(de)長度(du)。發光(guang)強(qiang)度(du)可用公(gong)式表(biao)示(shi)(shi)為(wei)：I=dΦ/dΩ。

照度(du)是用來描述某(mou)一接受面照明程度(du)大小的(de)物理量(liang)，其定義為(wei)：

立體角可(ke)表示(shi)為dΩ=dA/R2，由式(shi)I=dΦ/dΩ有：

把上面照度計(ji)(ji)算式代入發光強度計(ji)(ji)算式，可得(de)：

由照度計算時E=I/R²可變形為(wei)下(xia)式，下(xia)式被廣泛(fan)用來測量光(guang)源的發(fa)光(guang)強度(du)。

上(shang)(shang)式(shi)并不適合任何光(guang)(guang)源發(fa)光(guang)(guang)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)測(ce)量，其(qi)測(ce)量前提(ti)是(shi)，光(guang)(guang)源可(ke)以看作為一(yi)(yi)點光(guang)(guang)源。例如，LED光(guang)(guang)源，由于(yu)LED不可(ke)以認為是(shi)一(yi)(yi)個點光(guang)(guang)源，而(er)且在測(ce)量時儀器測(ce)量的(de)(de)照度(du)(du)值(zhi)(zhi)為照度(du)(du)計靈敏面上(shang)(shang)的(de)(de)照度(du)(du)，非面元上(shang)(shang)均勻(yun)的(de)(de)照度(du)(du)值(zhi)(zhi)。上(shang)(shang)式(shi)并不適用于(yu)LED的(de)(de)發(fa)光(guang)(guang)強(qiang)度(du)(du)測(ce)量，為回避物理學定義，利(li)用上(shang)(shang)式(shi)測(ce)量的(de)(de)LED發(fa)光(guang)(guang)強(qiang)度(du)(du)值(zhi)(zhi)稱為LED平(ping)均發(fa)光(guang)(guang)強(qiang)度(du)(du)。

光源發光強度和照度的關系：

發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)和照度(du)(du)之間存在一定的(de)關(guan)系，發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)是(shi)(shi)指光(guang)(guang)(guang)源(yuan)發(fa)(fa)出的(de)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)，而(er)照度(du)(du)則是(shi)(shi)指光(guang)(guang)(guang)源(yuan)發(fa)(fa)出的(de)光(guang)(guang)(guang)在某一方(fang)向上的(de)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)。發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)是(shi)(shi)指光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)大小，而(er)照度(du)(du)則是(shi)(shi)指光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)分布(bu)。發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)越大，照度(du)(du)也越大，反之亦然。因(yin)此，發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)和照度(du)(du)之間的(de)關(guan)系是(shi)(shi)相互影響的(de)，一個影響另(ling)一個。

此外，發(fa)(fa)光(guang)強度和(he)照(zhao)度也受(shou)到發(fa)(fa)光(guang)物(wu)體的(de)形狀(zhuang)和(he)大小的(de)影響。發(fa)(fa)光(guang)物(wu)體的(de)形狀(zhuang)越(yue)復雜，發(fa)(fa)光(guang)強度和(he)照(zhao)度的(de)差異(yi)越(yue)大；發(fa)(fa)光(guang)物(wu)體的(de)大小越(yue)大，發(fa)(fa)光(guang)強度和(he)照(zhao)度也越(yue)大。

發光強(qiang)度(du)(du)和(he)照度(du)(du)之間存在一定的(de)關(guan)系，發光強(qiang)度(du)(du)越大(da)(da)，照度(du)(du)也越大(da)(da)，發光物體的(de)形狀(zhuang)和(he)大(da)(da)小也會(hui)影響(xiang)發光強(qiang)度(du)(du)和(he)照度(du)(du)。

光源其他光學參數介紹：

1.光通量

光通量(liang)的定義(yi)是計量(liang)光源被(bei)人眼所觀察時呈現(xian)的光功率，光通量(liang)的單位為(wei)lm（流明）。其表達式(shi)：

其(qi)中Фv（λ）為(wei)光通量(liang)，Фe（λ）為(wei)輻射通量(liang)，V（λ）為(wei)視覺函數(shu)，Km=683lm/W。

2.發光效率

光(guang)(guang)源(yuan)的(de)發(fa)(fa)光(guang)(guang)效率(lv)(lv)：CIE（國際照明委員會）定義光(guang)(guang)源(yuan)發(fa)(fa)出的(de)光(guang)(guang)通量與耗費電功率(lv)(lv)之(zhi)比值稱之(zhi)為該光(guang)(guang)源(yuan)的(de)發(fa)(fa)光(guang)(guang)效率(lv)(lv)。公式如下：

3.光照度

光照(zhao)度(du)的(de)定義是單(dan)(dan)位面(mian)元上(shang)光源照(zhao)射的(de)光通(tong)量，其單(dan)(dan)位為(wei)lx（勒克斯）。其表達(da)式為(wei)：

對于點光源，若在某一方向上的發光強度為I，那么在該方向上離開光源的距離為r處的照度E=I/r²，即照度(du)與(yu)離(li)(li)開光源(yuan)的距離(li)(li)平方成反比。

4.光亮度

光(guang)亮度(du)的定義是光(guang)源在垂(chui)直其輻射傳輸方向上單位面積單位立體角內發出(chu)的光(guang)通(tong)量，其單位為cd/m2。其表達式為：