什麼是「光照度(Illuminance)」?

2022-09-03 12:03:08 字數 2063 閱讀 2817

光照度是光度學的概念,了解光照度,要從人眼的特性說起。

傳統的輻射度學的概念(如「功率」,單位為「瓦」)可以客觀描述「能量」,但當其用來描述「光照」時卻是不合適的,原因在於:人眼對不同波長的光的感受不同。比如,人眼僅對波長約380~780nm的光有感覺,而對其他波長的光是幾乎沒有感覺的;同樣輻射功率的綠光led和藍光led,給人眼帶來的視覺亮暗程度也完全不同。為了充分描述人對光的亮暗感受,才引入了光度學的概念。

但是,「亮」和「暗」畢竟是種主觀的感受,又與眼睛所處的環境、人的個性有關。人眼的亮度感**於視網膜上無數的光敏細胞,分為兩種:桿狀細胞和錐狀細胞。桿狀細胞可以感受較強的光,但靈敏度較低;錐狀細胞可以感受微弱的光,但靈敏度極高。如果把光敏細胞比作一把測量亮度的尺子的話,前者(桿狀細胞)量程大,但分辨力低一點,後者(錐狀細胞)量程小,但可是測出很小的變化——兩種尺子搭配使用,讓人感嘆造物主的精妙。

在光照較強的環境中,主要是桿狀細胞起作用,引起「明視覺(photopic vision)」;而在光線昏暗的環境中,主要是錐狀細胞起作用,引起「暗視覺(scotopic vision)」。人們通過大量的實驗,分別測量了兩種細胞對不同波長光照的相對靈敏度:

對於桿狀細胞(對應明視覺),人眼最敏感的波長是555nm,顏色為綠中偏黃;對於錐狀細胞(對應暗視覺),人眼最敏感的波長是507nm,顏色為藍綠(青)色。

如前所述,當描述「可見光光源在單位時間所發出的光能」時,僅僅用「功率」來衡量是不合適的,必須引入人眼對不同波長光的光譜響應。「光通量」的引入就恰好的解決了這個問題。國際照明委員會(cie)選擇了明視覺下人眼最敏感的555nm作為「功率」向「光通量」轉換的參考波長,並規定,功率為1w的555nm波長單色光,對應的光通量為683流明。流明為光通量的單位,英文縮寫為lumen或lm。至於為什麼是「683」,這與早期以蠟燭燭光來描述光照的歷史有關,此處不表。

對於其他的波長光的光通量,則用555nm時對應的光通量乘以明視覺光譜效率得到。寬光譜光源的光通量,還需要考慮光源本身的光譜分布。cie還定義了暗視覺下的光通量,但並不常用。

理解了光通量,光照度就很簡單了。光照度是單位面積上的光通量,度量單位為流明每立方公尺(lm/m2),也叫勒克斯(lux, lx)。參考維基百科,一些日常的代表性光照度有:

環境

光照度(單位:lux)

烈日100,000

陰天        

8,000

繪圖   

600閱讀

500夜間棒球場  

400辦公室/教室

300路燈5滿月

0.2星光

0.0003

光照度有時也簡稱為「照度」。

這兩個概念很容易與光照度混淆。

發光強度是單位立體角內的光通量,度量單位為流明每立體弧度(lm/sr),也叫坎德拉(candela, cd)。發光強度有時簡稱「光強」。

光亮度是單位面積上、單位立體角內的光通量,度量單位為流明每平方公尺每立體弧度(lm/m2/sr),或者是坎德拉每平方公尺(cd/m2)。光亮度有時簡稱為「亮度」。

在口語上,人們往往喜歡用「光強」或「亮度」描述光照的情況,而不深究其中的區別,因此經常出現一些「約定俗成」的錯誤。比如bh1750fvi這顆環境光感測ic,輸出量應該是光通量,而不少資料上籠統的說成光強或亮度,這是不準確的。

光照度、發光強度、光亮度這三個光度學的概念,在輻射度學中分別有輻射照度(irradiance)、輻射強度(radiant intensity)、輻射亮度(radiance)相對應。「光照度」與「輻射照度」、「發光強度」與「輻射強度」、「光亮度」與「輻射亮度」之間的關係,與「功率」和「光通量」的關係類似。只要理清了功率和光通量概念的區別和聯絡,理解其他幾個概念應該不難。下表羅列出了光度學和輻射度學的幾個常用物理量。

流明 - 維基百科

照度 - 維基百科

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