評價標準光源的性能指標有很多,最為常見的就有光通量、發(fā)光強度、光照度、光亮度、色溫和顯色性,許多的朋友多光通量、發(fā)光強度、光照度、光亮度、色溫和顯色性的概念及這些性能指標之間的關系不是很清楚,本文為大家作了詳細的介紹,對標準光源知識感興趣的朋友可以了解一下!
1.光通量(Φ)
光通量就是用來表示光源的輻射功率經(jīng)過人眼的視見函數(shù)影響后的光譜輻射功率大小的物理量。其表達式為:
式中:
Φ:光通量,單位為流明(lm)。
K:光敏度、感光度。K為6831m/W.K值是為了光通量的單位與輻射功率的單位得到統(tǒng)一。
Ф(λ):波長λ的光輻射功率。
λ:光的波長.
V(λ):稱為人眼相對光譜敏感度曲線,亦作視見函數(shù)曲線,是總結了眾多針對人眼的測試經(jīng)驗而得到的,它描述了人眼對不同波長的光的反應強弱。如在白天或光線較強的地方,對波長為555nm的黃、綠光最靈敏,即V(λ)為1,波長離555nm越遠,V(λ)越低。
2.發(fā)光強度(I)
發(fā)光強度(Luminous intensity),簡稱光強,單位為坎德拉(cd),即1cd =1lm/sr,定義為:光源在空間某一特定方向上單位立體角內(每球面度)輻射的光通量的空間刻度,稱為光源在該方向上的發(fā)光強度。定義式為:Iθ=dΦ/dΩ。式中:Φ為光通量,Ω為立體角,θ為方向。
3.照度(E)
照度(illuminance)定義為每單位面積所接收到的光通量。照度的符號為E,單位為勒克斯(1lx=1lux),即1lx=1lm/m2。一些日常的代表性照度:烈日環(huán)境下,照度為100000lx,適合閱讀環(huán)境照度為600lx,適合辦公室、教室的環(huán)境照度300lx。
4.亮度(L)
亮度(luminance)是表示眼睛從某一方向所看到物體反射光的強度,用符號L表示,單位為尼特(nit),1nit=1cd/m2,物理表達式為:
式中Φ為光通量,Ω為立體角,θ為給定方向與單位面積元(ds)法線方向夾角。
5.色溫(CT)
色溫(color temperature)是以絕對溫度K來表示,即將標準黑體加熱,隨溫度升高,其顏色開始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍,逐漸改變。利用這種光的顏色的變化的特性,當電光源發(fā)射的光色與黑體在某溫度下的顏色相同時,稱黑體的這個溫度為該光源的色溫。
電光源的光譜能量分布與黑體的光譜能量分布很不一致,故采用相關色溫(CCT)。光源所發(fā)射的光的顏色與黑體在某一溫度下發(fā)射的光的顏色最接近時,即稱黑體的這個溫度就稱為該光源的相關色溫。
6.顯色指數(shù)(CRI)
顯色指數(shù)(color rendering index),是用來定量的評判光源顯色性。光源顯色性,是指在該光源照射下,各種顏色物體能給眼睛以原顏色刺激的性能。顯示指數(shù)是待測光源下的物體顏色與參考光源下的物體顏色相符程度的度量。
發(fā)光強度和照度之間存在一定的關系,發(fā)光強度是指光源發(fā)出的光強,而照度則是指光源發(fā)出的光在某一方向上的光強。發(fā)光強度是指光強度的大小,而照度則是指光強度的分布。發(fā)光強度越大,照度也越大,反之亦然。因此,發(fā)光強度和照度之間的關系是相互影響的,一個影響另一個。
此外,發(fā)光強度和照度也受到發(fā)光物體的形狀和大小的影響。發(fā)光物體的形狀越復雜,發(fā)光強度和照度的差異越大;發(fā)光物體的大小越大,發(fā)光強度和照度也越大。
發(fā)光強度和照度之間存在一定的關系,發(fā)光強度越大,照度也越大,發(fā)光物體的形狀和大小也會影響發(fā)光強度和照度。
通俗地說,亮度是物體表面明亮的程度。對于發(fā)光體,亮度表明了它表面發(fā)光的本領,主要與它的發(fā)光特性有關;對于本身不發(fā)光的物體,它的亮度不僅與照亮它的光源的特性有關,還與物體自身的表面特性有關。例如在同樣的光線下,反射率小的黑絲絨亮度低,反射率高的白紙亮度高。照度表明物體表面被光源照明的程度,即單位時間內投射到物體單位表面上光能量的多少。因此亮度與照度的第一個重要區(qū)別是:亮度與物體自身的表面特性有關。照度僅由光源的特性(強弱、遠近、投射角)確定,與被照明物體的表面特性無關。
亮度與照度的第二個區(qū)別是方向性。亮度是有方向的量,談論某點的亮度還必須同時指明測試或觀察的方向。例如點亮的手電筒從正面看比斜看亮得多,劣質的黑板在教室的某些位置會產(chǎn)生強烈的反光。照度是無方向的量,物體上某處的照度是周圍環(huán)境投射到該處所有光線之和,無論光線從何方射來,只要投射到物體上的光能量相同,對照度的影響都相同。
照度表示被照面上接受的光的強弱,是單位面積上所得到的光通量。
如果要想求出距離一個光源rm處的光照度,可以設想一個以光源為中心、半徑為rm的球面,球面內側接受的光通量是均勻的,這個球面的面積A為A=4π·r2,照度 E等于光通量除以面積,即E=Фv/A=Фv/4π·r2(lx)。
例如,一個發(fā)光強度為1cd的點光源,均勻發(fā)出的光通量為4πl(wèi)m,距離這個點光源1m位置的照度為1lx。距離這個點光源2m位置的照度則為(1/4)1x。
反之,如果已知照度E和被照面積A,也可以求出光通量Фv=EA,光通量等于照度乘以面積。如果被照面積上照度是不均勻的,可把被照面積劃分為多個小面積△A1……△An,測出每個小面積上的照度E1……En,用近似公式計算,即每個小面積與其上的照度相乘,再全相加得到光通量。
如果劃分的 n 個小面積其面積全相等,則:Фv=A [(E1+……+En)/n]。
這是常用的計算投影機光通量的方法,平均照度乘以投影面積。例如,如果平均照度為10001x,投影面積為3m2,簡單相乘可知光通量為30001m。
光源的色溫與顯色性,從本質上說,都是由它的光譜能量分布決定的。以日光為例,日光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等多種顏色的光按一定的比例混合而成。日光照到某一種顏色的物體上,物體將其他顏色的光吸收,而將這種顏色的光反射出來。比如,藍布受日光照射后,就將藍光反射出來,并將其他光吸收,因此人眼看到的這塊布是藍色的。由于日光本身包含了各種顏色,再加上各種物體對不同的光的反射性能不一樣,所以大自然在日光照射下就顯得五彩繽紛。鈉燈則不然,鈉燈發(fā)出的光主要是黃光,當黃光照在藍布上,藍布將黃光吸收,藍布雖然能反射藍光,但鈉燈發(fā)出的光中基本上沒有藍光,也就談不上反射藍光了。因此在鈉燈照射下藍布就變成黑布了。鎢絲燈的光譜能量分布是連續(xù)的,各種顏色都有,因而有較好的顯色性,但其輻射能量分布偏重于長波方面,整體上看來光色偏紅偏黃。
然而,光源的色溫與顯色性之間并沒有必然的聯(lián)系,相同色溫的各光源之間的顯色性差別可能很大,相同顯色指數(shù)的各光源之間的色溫差別也可能很大,各種色溫的光源都可能有較好的顯色性,也可能有較差的顯色性。如:鎢絲燈色溫低,顯色性好;高壓鈉燈色溫低,而顯色性差;馬路上的高壓汞燈,從遠處看它發(fā)出的光既亮又白(色溫高),但被它照射的人的臉色卻象抹了一層青灰色(顯色性差);而高壓缸燈,發(fā)出的光亮白(色溫高),燈下的顏色也不失真(顯色性好)。