评价标准光源的性能指标有很多,最为常见的就有光通量、发光强度、光照度、光亮度、色温和显色性,许多的朋友多光通量、发光强度、光照度、光亮度、色温和显色性的概念及这些性能指标之间的关系不是很清楚,本文为大家作了详细的介绍,对标准光源知识感兴趣的朋友可以了解一下!
1.光通量(Φ)
光通量就是用来表示光源的辐射功率经过人眼的视见函数影响后的光谱辐射功率大小的物理量。其表达式为:
式中:
Φ:光通量,单位为流明(lm)。
K:光敏度、感光度。K为6831m/W.K值是为了光通量的单位与辐射功率的单位得到统一。
Ф(λ):波长λ的光辐射功率。
λ:光的波长.
V(λ):称为人眼相对光谱敏感度曲线,亦作视见函数曲线,是总结了众多针对人眼的测试经验而得到的,它描述了人眼对不同波长的光的反应强弱。如在白天或光线较强的地方,对波长为555nm的黄、绿光最灵敏,即V(λ)为1,波长离555nm越远,V(λ)越低。
2.发光强度(I)
发光强度(Luminous intensity),简称光强,单位为坎德拉(cd),即1cd =1lm/sr,定义为:光源在空间某一特定方向上单位立体角内(每球面度)辐射的光通量的空间刻度,称为光源在该方向上的发光强度。定义式为:Iθ=dΦ/dΩ。式中:Φ为光通量,Ω为立体角,θ为方向。
3.照度(E)
照度(illuminance)定义为每单位面积所接收到的光通量。照度的符号为E,单位为勒克斯(1lx=1lux),即1lx=1lm/m2。一些日常的代表性照度:烈日环境下,照度为100000lx,适合阅读环境照度为600lx,适合办公室、教室的环境照度300lx。
4.亮度(L)
亮度(luminance)是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度,用符号L表示,单位为尼特(nit),1nit=1cd/m2,物理表达式为:
式中Φ为光通量,Ω为立体角,θ为给定方向与单位面积元(ds)法线方向夹角。
5.色温(CT)
色温(color temperature)是以绝对温度K来表示,即将标准黑体加热,随温度升高,其颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝,逐渐改变。利用这种光的颜色的变化的特性,当电光源发射的光色与黑体在某温度下的颜色相同时,称黑体的这个温度为该光源的色温。
电光源的光谱能量分布与黑体的光谱能量分布很不一致,故采用相关色温(CCT)。光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下发射的光的颜色最接近时,即称黑体的这个温度就称为该光源的相关色温。
6.显色指数(CRI)
显色指数(color rendering index),是用来定量的评判光源显色性。光源显色性,是指在该光源照射下,各种颜色物体能给眼睛以原颜色刺激的性能。显示指数是待测光源下的物体颜色与参考光源下的物体颜色相符程度的度量。
发光强度和照度之间存在一定的关系,发光强度是指光源发出的光强,而照度则是指光源发出的光在某一方向上的光强。发光强度是指光强度的大小,而照度则是指光强度的分布。发光强度越大,照度也越大,反之亦然。因此,发光强度和照度之间的关系是相互影响的,一个影响另一个。
此外,发光强度和照度也受到发光物体的形状和大小的影响。发光物体的形状越复杂,发光强度和照度的差异越大;发光物体的大小越大,发光强度和照度也越大。
发光强度和照度之间存在一定的关系,发光强度越大,照度也越大,发光物体的形状和大小也会影响发光强度和照度。
通俗地说,亮度是物体表面明亮的程度。对于发光体,亮度表明了它表面发光的本领,主要与它的发光特性有关;对于本身不发光的物体,它的亮度不仅与照亮它的光源的特性有关,还与物体自身的表面特性有关。例如在同样的光线下,反射率小的黑丝绒亮度低,反射率高的白纸亮度高。照度表明物体表面被光源照明的程度,即单位时间内投射到物体单位表面上光能量的多少。因此亮度与照度的第一个重要区别是:亮度与物体自身的表面特性有关。照度仅由光源的特性(强弱、远近、投射角)确定,与被照明物体的表面特性无关。
亮度与照度的第二个区别是方向性。亮度是有方向的量,谈论某点的亮度还必须同时指明测试或观察的方向。例如点亮的手电筒从正面看比斜看亮得多,劣质的黑板在教室的某些位置会产生强烈的反光。照度是无方向的量,物体上某处的照度是周围环境投射到该处所有光线之和,无论光线从何方射来,只要投射到物体上的光能量相同,对照度的影响都相同。
照度表示被照面上接受的光的强弱,是单位面积上所得到的光通量。
如果要想求出距离一个光源rm处的光照度,可以设想一个以光源为中心、半径为rm的球面,球面内侧接受的光通量是均匀的,这个球面的面积A为A=4π·r2,照度 E等于光通量除以面积,即E=Фv/A=Фv/4π·r2(lx)。
例如,一个发光强度为1cd的点光源,均匀发出的光通量为4πlm,距离这个点光源1m位置的照度为1lx。距离这个点光源2m位置的照度则为(1/4)1x。
反之,如果已知照度E和被照面积A,也可以求出光通量Фv=EA,光通量等于照度乘以面积。如果被照面积上照度是不均匀的,可把被照面积划分为多个小面积△A1……△An,测出每个小面积上的照度E1……En,用近似公式计算,即每个小面积与其上的照度相乘,再全相加得到光通量。
如果划分的 n 个小面积其面积全相等,则:Фv=A [(E1+……+En)/n]。
这是常用的计算投影机光通量的方法,平均照度乘以投影面积。例如,如果平均照度为10001x,投影面积为3m2,简单相乘可知光通量为30001m。
光源的色温与显色性,从本质上说,都是由它的光谱能量分布决定的。以日光为例,日光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等多种颜色的光按一定的比例混合而成。日光照到某一种颜色的物体上,物体将其他颜色的光吸收,而将这种颜色的光反射出来。比如,蓝布受日光照射后,就将蓝光反射出来,并将其他光吸收,因此人眼看到的这块布是蓝色的。由于日光本身包含了各种颜色,再加上各种物体对不同的光的反射性能不一样,所以大自然在日光照射下就显得五彩缤纷。钠灯则不然,钠灯发出的光主要是黄光,当黄光照在蓝布上,蓝布将黄光吸收,蓝布虽然能反射蓝光,但钠灯发出的光中基本上没有蓝光,也就谈不上反射蓝光了。因此在钠灯照射下蓝布就变成黑布了。钨丝灯的光谱能量分布是连续的,各种颜色都有,因而有较好的显色性,但其辐射能量分布偏重于长波方面,整体上看来光色偏红偏黄。
然而,光源的色温与显色性之间并没有必然的联系,相同色温的各光源之间的显色性差别可能很大,相同显色指数的各光源之间的色温差别也可能很大,各种色温的光源都可能有较好的显色性,也可能有较差的显色性。如:钨丝灯色温低,显色性好;高压钠灯色温低,而显色性差;马路上的高压汞灯,从远处看它发出的光既亮又白(色温高),但被它照射的人的脸色却象抹了一层青灰色(显色性差);而高压缸灯,发出的光亮白(色温高),灯下的颜色也不失真(显色性好)。