1、光度学与光相关的常用量有 4 个：发光强度、光通量、照度、亮度。这 4 个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。 1、发光强度（I、Intensity ） ，单位坎德拉，即 cd。 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)， 解释：是针对点光源而言的，如果发光体相对较小也可以用。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。 现在 LED 也用这个单位来表示，比如某 LED 是 15000 的，单位是 mcd，1000mcd=1cd，因此 15000mcd 就是 15cd。 以前最早 LED 的发光强度比较弱
2、，因此才用 mcd 表示，现在 LED 都很厉害了，但还是沿用原来的说法。 这样表示的缺点是，如果光通量相同的两个 LED（管芯相同） ，一个会聚的好，那么发光强度就高。因此，购买 LED的时候不要一味追求高 I 值，还要看照射角度。高 I 值的 LED 都是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED 手电有用，但可观察角度也受限。另外，同样的管芯 LED，直径 5mm 的 I 值就比 3mm 的大一倍多，但只有直径 10mm 的 1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。 之所以用发光强度来表示手电或 LED，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的。特别的说，距离1m 的 lx 就
3、是 cd 值。因此，我们可以直接用照度表来测量发光强度。 同样，手电筒也用这个单位来表示亮与不亮，但这一特性不能全面反应其特性，比如，同样的筒身，换个大头则 I 值马上翻倍，因此更多的用光通量（流明，见下）来表示了。 常见光源发光强度（cd）： 太阳，2.8E27 高亮手电，10000 5mm 高亮 LED，152、光通量（F，Flux） ，单位流明，即 lm。 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 解释：同样，这是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。 对于各向同性的光，则 F = 4I。也就是说，若光源的 I 为 1cd，则总光通量为 4 =12.56 lm
4、 要知道，光通量是人对光总量多少一种度量，是人为为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，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，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
5、LED 的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。 至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说 1W 的电功率到底能转化成多少光通量。如果全部转换成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 1W=20 lm 就不错了，其余的都成为热量或红外线了。测量一个发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。 常见发光的大致效率（流明/瓦） 白炽灯，15 白色 LED，20 日光灯，50 太阳，94 钠灯，1203、光照度（E，Illuminance ） ，单位勒克斯即 lx（以前叫
6、 lux） 。 定义：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 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，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。事实上，照度是最容易测量的了（相对其它三个量） ，照度表很便宜就可以买到（几百元） 。为了保护眼睛便于生活和工作，在不同场所下到底要多大的照度都有规定，例如机房不得低于 200 lx。阳光下的照度是自然界里面很大的也很常见的了，为 11 万 lx 左右（自己实测） 。我刚才测量了一下，房间是 3.8mx6.5m，有 12 个 20W 的日光灯管，桌
7、面照度为 400 勒克司。 常见照度（勒克司）： 阳光直射（正午）下，110,000 普通房间灯光下，100 满月照射下，0.24、亮度（L，Luminance ） ，单位尼特，即 nt。 定义：单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流 解释：这个是最容易被误解的概念了。亮度是针对光源而言，而且不是对点光源，是对面光源而言的。无论是主动发光的还是被动（反射）发光的。亮度是一块比较小的面积看起来到底有多“亮”的意思。这个多“亮”，与取多少面积无关，但为了均匀，我们把面积取得比较小，因此才会出现“这一点的亮度”这样的说法。事实上，点光源是没有亮度概念的。另外，发光面的亮度与距离无关，但与
8、观察者的方向有关。说一个手电很“亮”，并不是说该手电的亮度高，而是说其发光强度大。说一个星星（点光源）很亮，并非是说其亮度高，而是说其星等高而已。亮度不仅取决于光源的光通量，更取决于等价发光面积和发射的会聚程度。比如激光指示器，尽管其功率很小，但可会聚程度非常高，因此亮度非常高。 常见发光体的亮度（尼特）： 红色激光指示器，20,000,000,000 太阳表面，2,000,000,000 白炽灯灯丝，10,000,000 阳光下的白纸，30,000 人眼能习惯的亮度，3,000 满月表面，2,500 人眼能比较好的分辨出颜色的亮度，1 满月下的白纸，0.07 无月夜空，0.0001举一个综合
9、计算的例子。 一个普通 40 瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦 10 流明，因此可以发出 400 流明的光。我们可以认为灯泡在空间上发光是均匀的，那么距离该灯泡 1 米处，其照度为 400/12.56=32 勒克司。其中 12.56 = 4，就是半径 1 米的球体的表面积（已经假设 400 流明的光是均匀分布在这个球体上的） 。再假设被照射物体是某种绿色漫反射的，反射率是 15%，那么，这个绿色物体被照射后就成为被动发光的，其表面亮度是 15% * 32 / = 1.5 尼特。问 1、如何把 LED 的光会聚到一点？ 答 1，这是不可能的。光学上有个定律，叫做像的亮度永远不大于光源的亮度。
10、LED 是有发光面积的，因此有亮度，要是把全部或者大部分光会聚成很小的区域，其亮度就超过 LED 本身的亮度了，因此是不可能的。 为了尽可能的会聚，只能增大反光碗/聚光镜的尺度。用组合透镜或者其它办法无济于事。 问 2，如果有一个电光源，可以把全部的电功率转化成白色的可见光，理论上的效率有多高呢？ 答 2，上面已经说过，要根据白色光的光谱而定。对于太阳光来讲，为 94 流明/瓦。CIE1931 色度系统的光效是很差的，因为红色选择了 700nm 的长波。相比之下，CRT 电视或者是 LED 电视的光效就高得多，为 300 流明/ 瓦。 问 3，照度和被照物体的亮度有什么关系？ 答 3，亮度=反
11、射率*照度/ 问 4，激光为什么亮度高？ 答 4，激光是在两端严格平行的谐振腔内多次谐振而发射出来的，因此平行度非常高，发散角非常小。又因为亮度是单位立体角内所发出的光流，因此作为分母的立体角度就很小，亮度自然就高了。高亮度的激光体现在可以传播非常远而不发散，或者在近处可以会聚成非常小的光斑。 问 5，如何测量手电或者 LED 的发光强度？ 答 5，在黑暗中把照度表的探头放到地上，距离 1 米处的把手电或 LED 向下照射测得照度的勒克司值，就是其发光强度的 cd 值。 问 6，如何用照度计测量亮度？ 答 6，亮度计和照度计是两个东西，不能直接替代的。亮度计是测量发光体的亮度的，而照度计是测量被照射地点的照度的。但是，如果想知道比较大一些面积的发光体比如灯箱的亮度，可以用照度计的探头直接贴在发光体上，读出勒克司值后再乘上一个系数，就是亮度的尼特值。
