光學及光譜知識

照明常用術語的定義

照明常用術語的定義


光通量 (Luminous flux,Φ)

單位為:流明 (lumen, lm)

光通量(F) = I × W lm
 

即一光源所放射出光能量的速率或光的流動速率(flow rate)為光源發光能力的基本量,單位為流明 (lumen,lm)。根據定義,1 lm 為發光強度(I) 1 cd的均勻點光源在1球面度立體角(W)內發出的光通量(F)。
 

此為一般燈鎢絲燈與日光燈的量測單位。例如一個100瓦(W)的燈泡可產生1750 lm,而一支40W冷白色日光燈管則可產生 3150 lm的光通量。
 



 

光強度/光度 (luminous intensity, candlepower, I )

單位:坎德拉(candela, cd)

定義:I , 光強度[cd] = 立體角內之光通量 / 立體角Ω[sr]

1 lm / sr = 1 candela (cd)

1 cd = 12.57 lm



 

發光強度簡稱光度,係指從點光源一個立體角(單位為sr)所放射出來的光通量,也就是光源或照明燈具所發出的光通量在空間某選定方向上的分佈密度,單位為燭光(candle or candela,cd)一般而言,光源會向不同方向以不同之強度放射出其光通量,在特定方向所放出之可見光輻射強度稱為光強度。
 

發光強度為 1 cd 的光源可放射出 12.57 lm 的光通量。
 

因為LED 燈所發出光是具有方向性,故皆使用此為LED 燈的量測單位。儘管手電或者LED 仍然廣泛採用發光強度作為重要參數,比如某LED 是2000mcd。LED 用mcd 而不用cd(1000mcd=1cd),是因為早期的LED 太暗,比如超高亮度的才不到0.1cd,因此才習慣用mcd 來表示。

 

照度 (illuminance, E)

單位:勒克斯 Lux (Lm/m2)

E , 照度[lx] = 落在某面積上之光通量[lm] / 此被照面面積[㎡] = 光強度[cd] / (距離[m] )2

公制單位:lm / ㎡ = lux (lx)

英制單位:lm / ft2 = footcandle (fc)

1 fc = 10.76 lx; 1 lx = 0.093 fc



 

照度為單位面積內所入射的光量,可用每一單位面積的光通量來測量,用來表示某一場所的明亮度。1 lm的光通量均勻分佈在1平方公尺(㎡) 的表面,即產生1勒克斯(lux, lx) 的照度;1 lm的光通量落在1平方英呎(ft2)的表面,其照度值為 1 呎燭光(footcandle, fc)。

 

輝度/亮度(luminance, brightness)


單位:cd/m. ^2. (也可稱為「nits」

L , 輝度[cd/㎡] = 光強度[cd] / 所見之被照面面積[㎡],的單位為cd/m. ^2. (也可稱為「nits」

亮度( L ) = 發光強度 / 面積 = I / AP

公制單位:cd / ㎡ (nt)

英制單位:footlambert(fL) = 1/p cd/ft2

1 fL = 3.426 cd/㎡
 

輝度或亮度:當我們目視某物所看到的,可以兩種方式表達:一用於較高發光值者如光源或燈具,直接以其發光強度來表示;另一則用於本身不發光只 反射光線者如室內表面或一般物體,以亮度表示。
 

亮度即被照物每單位面積在某一方向上所發出或反射的發光強度,用以顯示被照物的明暗差異,公 制單位為燭光 / 平方公尺(candela/㎡,cd/㎡)或尼特(nit),英制單位為呎朗伯(footlambert,fL)。

 

發光效率 (Luminous efficacy, η)

單位:流明每瓦 [lm/W]

η 發光效率[lm/W]= 所產生之光通量[lm] / 消耗電功率[W]
 

代表光源將所消耗之電能轉換成光之效率,其數值越高表示光源效率越高以鎢絲燈為例發光效率約在20~30 lm/W,LED 燈目前約70 lm/W 為鎢絲燈的2~3倍。

 

色溫 ( Color Temperature )

單位:絕對溫度 ( Kelvin, K )
 

一個光源之色溫被定義為與其具有相同光色之標準黑體(black body radiator)本身之絕對溫度值,此溫度可以在色度圖上之普朗克軌跡上找到其對應點。
 

溫度升高到一定程度時顏色開始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍,逐漸改變,某光源與黑體的顏色相同時,我們將黑體當時的絕對溫度稱為該光源之色溫。溫度越高,其輻射出之光線光譜中藍色成份越多,紅色成份也就相對的越少。以發出光色為暖白色之普通白熱燈泡為例,其色溫為2700K,而晝光色日光燈之色溫為6000K。
 

因相關色溫度事實上是以黑體輻射接近光源光色時,對該光源光色表現的評價值,並非一種精確的顏色對比,故具相同色溫值的二光源,可能在光色外觀上仍有些許差異。僅憑色溫無法瞭解光源對物體的顯色能力,或在該光源下物體顏色的展現如何。
 

不同光源環境的相關色溫度:

光源 色溫
北方晴空 8000-8500k
陰天 6500-7500k
夏日正午陽光 5500k
金屬鹵化物燈 4000-4600k
下午日光 4000k
冷色螢光燈 4000-5000k
高壓汞燈 3450-3750k
暖色螢光燈 2500-3000k
鹵素燈 3000k
鎢絲燈 2700k
高壓鈉燈 1950-2250k
蠟燭光 2000k

 

光色(Light color)

一個燈的光色可以簡單的以色溫來表示。
 

光色主要可分成四大類:
 

- 暖色(<3300k)

- 中間色(3300 至 5000K):人在此色調下無特別明顯的視覺心理效果,有爽快的

- 感覺;故稱為"中性"色溫。

- 晝光色(5000K 至6500K)

- 暖色(>6500 K): 光色偏藍,給人以清冷的感覺
 

A. 色溫與亮度:高色溫光源照射下,如亮度不高則給人們有一種陰氣的氣氛;低色溫光源照射下,亮度過高會給人們有一種悶熱感覺。

B. 光色的對比:在同一空間使用兩種光色差很大的光源,其對比將會出現層次效果,光色對比大時,在獲得亮度層次的同時,又可獲得光色的層次。

C. 採用低色溫光源照射,能使紅色更鮮豔;

D. 採用中色溫光源照射,使藍色具有清涼感;

E. 採用高色溫光源照射,使物體有冷的感覺。

Note: 須注意的是即使光色相同,燈種間也可能因為其發出光線光譜組成不同而有很大的演色性表現差異。