什么是“光照度(Illuminance)”?
光照度是光度学的概念,了解光照度,要从人眼的特性说起。
人眼的光谱响应
传统的辐射度学的概念(如“功率”,单位为“瓦”)可以客观描述“能量”,但当其用来描述“光照”时却是不合适的,原因在于:人眼对不同波长的光的感受不同。比如,人眼仅对波长约380~780nm的光有感觉,而对其他波长的光是几乎没有感觉的;同样辐射功率的绿光LED和蓝光LED,给人眼带来的视觉亮暗程度也完全不同。为了充分描述人对光的亮暗感受,才引入了光度学的概念。
但是,“亮”和“暗”毕竟是种主观的感受,又与眼睛所处的环境、人的个性有关。人眼的亮度感来源于视网膜上无数的光敏细胞,分为两种:杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞可以感受较强的光,但灵敏度较低;锥状细胞可以感受微弱的光,但灵敏度极高。如果把光敏细胞比作一把测量亮度的尺子的话,前者(杆状细胞)量程大,但分辨力低一点,后者(锥状细胞)量程小,但可是测出很小的变化——两种尺子搭配使用,让人感叹造物主的精妙。
在光照较强的环境中,主要是杆状细胞起作用,引起“明视觉(photopic vision)”;而在光线昏暗的环境中,主要是锥状细胞起作用,引起“暗视觉(scotopic vision)”。人们通过大量的实验,分别测量了两种细胞对不同波长光照的相对灵敏度:
对于杆状细胞(对应明视觉),人眼最敏感的波长是555nm,颜色为绿中偏黄;对于锥状细胞(对应暗视觉),人眼最敏感的波长是507nm,颜色为蓝绿(青)色。
光通量(Luminous flux)
如前所述,当描述“可见光光源在单位时间所发出的光能”时,仅仅用“功率”来衡量是不合适的,必须引入人眼对不同波长光的光谱响应。“光通量”的引入就恰好的解决了这个问题。国际照明委员会(CIE)选择了明视觉下人眼最敏感的555nm作为“功率”向“光通量”转换的参考波长,并规定,功率为1W的555nm波长单色光,对应的光通量为683流明。流明为光通量的单位,英文缩写为lumen或lm。至于为什么是“683”,这与早期以蜡烛烛光来描述光照的历史有关,此处不表。
对于其他的波长光的光通量,则用555nm时对应的光通量乘以明视觉光谱效率得到。宽光谱光源的光通量,还需要考虑光源本身的光谱分布。CIE还定义了暗视觉下的光通量,但并不常用。
光照度(Illuminance)
理解了光通量,光照度就很简单了。光照度是单位面积上的光通量,度量单位为流明每立方米(lm/m2),也叫勒克斯(lux, lx)。参考维基百科,一些日常的代表性光照度有:
环境 | 光照度(单位:lux) |
烈日 | 100,000 |
阴天 | 8,000 |
绘图 | 600 |
阅读 | 500 |
夜间棒球场 | 400 |
办公室/教室 | 300 |
路灯 | 5 |
满月 | 0.2 |
星光 | 0.0003 |
光照度有时也简称为“照度”。
发光强度(Luminous itensity)、光亮度(Luminance)
这两个概念很容易与光照度混淆。
发光强度是单位立体角内的光通量,度量单位为流明每立体弧度(lm/sr),也叫坎德拉(candela, cd)。发光强度有时简称“光强”。
光亮度是单位面积上、单位立体角内的光通量,度量单位为流明每平方米每立体弧度(lm/m2/sr),或者是坎德拉每平方米(cd/m2)。光亮度有时简称为“亮度”。
在口语上,人们往往喜欢用“光强”或“亮度”描述光照的情况,而不深究其中的区别,因此经常出现一些“约定俗成”的错误。比如BH1750FVI这颗环境光传感IC,输出量应该是光通量,而不少资料上笼统的说成光强或亮度,这是不准确的。
其他
光照度、发光强度、光亮度这三个光度学的概念,在辐射度学中分别有辐射照度(Irradiance)、辐射强度(Radiant intensity)、辐射亮度(Radiance)相对应。“光照度”与“辐射照度”、“发光强度”与“辐射强度”、“光亮度”与“辐射亮度”之间的关系,与“功率”和“光通量”的关系类似。只要理清了功率和光通量概念的区别和联系,理解其他几个概念应该不难。下表罗列出了光度学和辐射度学的几个常用物理量。
参考资料
Illumination Fundamentals - Lighting Research Center
流明 - 维基百科
照度 - 维基百科
转载于:https://www.cnblogs.com/zlbg/p/4049962.html
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