光源光強(qiáng)度怎么測量？光源光強(qiáng)度和光照度什么關(guān)系？

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

什么是光強(qiáng)度？

發(fā)光強(qiáng)度表示光源在給定方向上的單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量。假設(shè)光源是一個(gè)點(diǎn)光源或光源距離探測器足夠遠(yuǎn)以致光源面積可以忽略不計(jì)時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度可以表示為：

其中dΩ是點(diǎn)光源在某一方向上所張的立體角，如下圖所示。

在LED光強(qiáng)測試中通常用CIE推薦的“平均發(fā)光強(qiáng)度”概念，即照射在離LED一定距離處的光探測器上的光通量Φv與由探測器構(gòu)成的立體角的比值。其中立體角可將探測器的面積S除以測試距離d的平方計(jì)算得到，因而有如下計(jì)算式：

CIE關(guān)于近場條件下的LED測試，有兩個(gè)推薦的標(biāo)準(zhǔn)條件：CIE標(biāo)準(zhǔn)條件A和CIE標(biāo)準(zhǔn)條件B。這兩個(gè)條件都要求所用的探測器有一個(gè)面積為1cm2的圓形入射孔徑。主要區(qū)別在于LED頂端到探測器的距離，立體角和平面角（全角）的不同。

光強(qiáng)度的單位是什么？

光強(qiáng)度的單位為坎德拉cd（candela）：一個(gè)光源發(fā)出頻率為540×1012赫茲的單色輻射時(shí)（折合波長為λ=c/v=555.5nm），若在一定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683瓦特每球面度（W/sr），則此光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd（坎德拉為1979年10月16屆國際計(jì)量大會(huì)制訂）。

1881年國際電工技術(shù)委員會(huì)定義：1/6英磅鯨腦油制成之蠟燭（07/8"），以120格令/小時(shí)（gr/h中g(shù)r為1粒麥粒重、1磅=7000gr）的速度燃燒時(shí)，沿水平方向的發(fā)光強(qiáng)度為1燭光。

光源發(fā)光強(qiáng)度的測量原理：

發(fā)光強(qiáng)度是物理學(xué)中重要的研究參數(shù)之一，如下圖所示，其定義為光源在某一規(guī)定空間方向上的立體角dΩ所對應(yīng)面元dA具有的光通量dΦ與此空間所規(guī)定立體角的比值。圖中S表示輻射光源，n表示的是對應(yīng)面元dA的法線方向，它與S在此空間的輻射方向存在一角度為θ，R表示S距其輻射方向與dA交點(diǎn)的長度。發(fā)光強(qiáng)度可用公式表示為：I=dΦ/dΩ。

照度是用來描述某一接受面照明程度大小的物理量，其定義為：

立體角可表示為dΩ=dA/R2，由式I=dΦ/dΩ有：

把上面照度計(jì)算式代入發(fā)光強(qiáng)度計(jì)算式，可得：

由照度計(jì)算時(shí)E=I/R²可變形為下式，下式被廣泛用來測量光源的發(fā)光強(qiáng)度。

上式并不適合任何光源發(fā)光強(qiáng)度的測量，其測量前提是，光源可以看作為一點(diǎn)光源。例如，LED光源，由于LED不可以認(rèn)為是一個(gè)點(diǎn)光源，而且在測量時(shí)儀器測量的照度值為照度計(jì)靈敏面上的照度，非面元上均勻的照度值。上式并不適用于LED的發(fā)光強(qiáng)度測量，為回避物理學(xué)定義，利用上式測量的LED發(fā)光強(qiáng)度值稱為LED平均發(fā)光強(qiáng)度。

光源發(fā)光強(qiáng)度和照度的關(guān)系：

發(fā)光強(qiáng)度和照度之間存在一定的關(guān)系，發(fā)光強(qiáng)度是指光源發(fā)出的光強(qiáng)，而照度則是指光源發(fā)出的光在某一方向上的光強(qiáng)。發(fā)光強(qiáng)度是指光強(qiáng)度的大小，而照度則是指光強(qiáng)度的分布。發(fā)光強(qiáng)度越大，照度也越大，反之亦然。因此，發(fā)光強(qiáng)度和照度之間的關(guān)系是相互影響的，一個(gè)影響另一個(gè)。

此外，發(fā)光強(qiáng)度和照度也受到發(fā)光物體的形狀和大小的影響。發(fā)光物體的形狀越復(fù)雜，發(fā)光強(qiáng)度和照度的差異越大；發(fā)光物體的大小越大，發(fā)光強(qiáng)度和照度也越大。

發(fā)光強(qiáng)度和照度之間存在一定的關(guān)系，發(fā)光強(qiáng)度越大，照度也越大，發(fā)光物體的形狀和大小也會(huì)影響發(fā)光強(qiáng)度和照度。

光源其他光學(xué)參數(shù)介紹：

1.光通量

光通量的定義是計(jì)量光源被人眼所觀察時(shí)呈現(xiàn)的光功率，光通量的單位為lm（流明）。其表達(dá)式：

其中Фv（λ）為光通量，Фe（λ）為輻射通量，V（λ）為視覺函數(shù)，Km=683lm/W。

2.發(fā)光效率

光源的發(fā)光效率：CIE（國際照明委員會(huì)）定義光源發(fā)出的光通量與耗費(fèi)電功率之比值稱之為該光源的發(fā)光效率。公式如下：

3.光照度

光照度的定義是單位面元上光源照射的光通量，其單位為lx（勒克斯）。其表達(dá)式為：

對于點(diǎn)光源，若在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)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，即照度與離開光源的距離平方成反比。

4.光亮度

光亮度的定義是光源在垂直其輻射傳輸方向上單位面積單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量，其單位為cd/m2。其表達(dá)式為：