背光亮度和亮度的区别 ANSI光亮度和亮度的区别是什么

ANSI 光亮度和亮度的区别是什么

最佳答案

介绍：亮度指标定义

这个指标是定义投影机的图象明亮程度的，事实上它是由投影机的光输出决定的。但目前世界各生产厂家对此并无统一的标准，因此在各说明书中分别有亮度、照度、光输出等等不同名称，其单位也很多，包括勒克司、流明、峰白流明、安士（ANSI ）流明等等。其实光学理论中，对表示物体明暗程度的物理量有严格的定义和单位，但在日常使用中，人们往往混称为亮度。

目前投影机行业用比较多的光输出表示方法和单位是流明、峰值流明、ANSI 流明、Lux 或lm/m2。这四个指标的定义是：

（A ）流明，它原是光通量的表示单位，即光源在单位时间内向周围空间辐射出的人眼睛可感知的能量。符号为Φ，1流明相当于1/680W的单色光源辐射的能量。

（B ）峰值流明，光输出的表示单位，其定义是：在一个屏幕上投影一个中间镶嵌有白色窗口的黑色图案，窗口面积占整个屏幕的十分之一，当投影机亮度开到最大时测量这个窗口的照度再乘上整个屏幕的面积就是峰值流明。（

C ）ANSI 流明，美国国家标准学会（ANSI ）所制定，即用ANSI 流明来表示投影机的光输出，目前已被国际上较为普遍的接受，

（D ）lm/m2——照度的表示式，单位：勒克司（Lux ）简称为Lx 。其定义是：受照物体表面每单位面积上接收到的光通量。当1平方米面积上接受到1流明时的照度就是每平方流明（lm/m2），1勒克司（Lx ）=1平方流明（lm/m2）。

流明及ANSI 流明较早用于表示三枪CRT 投影机的光输出。出于商业宣传考虑，实际使用较多的是峰值流明，通常表明lm 的多是峰值流明，ANSI 流明的数值则比峰值流明要低4-5倍左右。而液晶投影机较多用屏幕中央照度Lx 来表示光输出，但因其受到投射面积的影响，所以必须附带测量时的投影屏幕尺寸。这一点在实际使用中有较大意义，当投影机照度不够时，提高的唯一途径是减少投影面积。近年来液晶投影机也逐渐趋向于统一使用ANSI 流明作光输出单位。需要特殊说明的是背投机、液晶显示屏则普遍使用cd/m2(坎德拉/平方米，原称尼特）来表示光输出指标。

发光强度(Intensity）、光通量(Flux）、 光照度（Illuminance ）和亮度（Luminance ）的基本概念

2011-02-08 19:56:18| 分类： VISION LIGHTING | 标签： |字号大中小 订阅

0、前言

经常发现一些爱好者对对光度学的一些基本概念比较模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的单位是什么？如何测量亮度？

本文将试图以不失严格性的情况下尽量通俗的回答这些问题，因此，文中列举了大量的例子，同时给出四个量之间的关系和转换算法，这也是大多数光学书里所没有的。

光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。

图：光度学测量仪器

1、发光强度（I 、Intensity ），单位坎德拉，即cd 。

定义：光源在给定方向的 单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发) 光强(度) ，

解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。

现在LED 也用这个单位来描述，比 如某LED 是15000的，单位是mcd ，1000mcd=1cd，因此15000mcd 就是15cd 。 之所以LED 用毫cd （mcd ）而不直接用cd 来表示，是因为以前最早LED 比较暗，比如1984年标准5mm 的LED 其发光强度才0.005cd ，因此才用mcd 表示，现在LED 都很厉害了，但还是沿用原来的说法。

用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED ，会聚程度好的发光强度就高。因此，购买LED 的时候不要一味追求高I 值，还要看照射角度。很多高I 值的LED 并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED 手电有用，但可观察角度也受限。另外，同样的管芯LED ，直径5mm 的I 值就比3mm 的大一倍多，但只有直径10mm 的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。

之所以用发光强度来表示手电或LED ，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的。特别的说，距离1m 的lx 就是cd 值。但是，很多场合下我们需要照射面积大一些，所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的能力。比如，同样的筒身，换个大头（大反光杯）则I 值马上增大许多。因此，很多情况下我们用光通量（单位流明，见下）来表示手电了。

以上我们说“亮”和“亮度”时带了引号，是因为这是我们常规说的亮度，并非光度学严格意义上的亮 度，这一单位后面会展开。

常见光源发光强度（cd ）： 太阳，2.8E27

高亮手电，10000

5mm 超高亮LED ，15

图：LED 的发光强度的测量，测量值不能转换成光通量lm 。

2、光通量（F ，Flux ），单位流明，即lm 。

定义：光源在单位时间内发射出的光量称 为光源的发光通量

解释：同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。光源的光通量越大，则发出的光线越多

对于 各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4πI。也就是说，若光源的I 为1cd ，则总光通量为4π =12.56 lm。与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。

要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对 光的响应而来的。

人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm 的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W 的功率全部转换成波长为555nm 的光，为683流明。这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm 的光最敏感。对于其它颜色的光，比如650nm 的红色，1W 的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED 的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。 至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1W 的电功率到底能转化成多少光通量。如果全部转换成555nm 的光，那就是每瓦683流明。但如果有一半转换成555nm 的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5流明。白炽灯能达到1W=20 lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。测量一个不规则发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。

常见发光的大致效率（流明 /瓦） 白炽灯，15

白色LED ，20 日光灯，50

太阳，94

钠灯，120

图：人眼对 不同颜色光的相对响应曲线，主线为正常的明视觉，左边的曲线是暗视觉曲线（比较暗的场合下）

图：用积分球测量LED 的光通量

图：典型白色LED 发光光谱

3定 义：1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度

解释：光照度是对被照地点而言的，但又与被照射物体无关。一个流明的光，均匀射到 1m2的物体上，照度就是1 lx。照度的测量，用照度表，或者叫勒克斯表、lux 表。事实上，照度是最容易测量的了（相对其它三个量），照度表很便宜就可以买到（几百元）。为了保护眼睛便于生活和工作，在不同场所下到底要多大的照度都有规定，例如机房不得低于200 lx。阳光

下的照度是自然界里面很大的也很常见的了，为11万lx 左右（自己实测）。我刚才测量了一下，房间是3.8mx6.5m ，有12个20W 的日光灯管，桌面照度为400勒克司。

常见照度（勒克司）：

阳光直射（正午）下，110,000

阴天室外，1000

商场内，500

阴天有窗室内，100

普 通房间灯光下，100

满月照射下，0.2

图：常见照度计

4），单位尼特，即nt 。

定义：单位光源面积在法线方向 上，单位立体角内所发出的光流

解释：这个是最容易被误解的概念了。亮度是针对光源而言，而且不是对点光源，是对面光源而言的。无论是主动发光的还是被动（反射）发光的。亮度是一块比较小的面积看起来到底有多“亮”的意思。这个多“亮”，与取多少面积无关，但为了均匀，我们把面积取得比较小，因此才会出现“这一点的亮度”这样的说法。事实上，点光源是没有亮度概念的。另外，发光面的亮度与距离无关，但与观察者的方向有关。说一个手电很“亮”，并不是说该手电的亮度高（因为手电是没有亮度概念的），而是说其发光强度大，或者是说被它照射的物体亮。说一个星星（点光源）很亮，并非是说其亮度高，而是说其星等高而已。亮度不

仅取决于光源的光通量，更取决于等价发光面积和发射的会聚程度。比如激光指示器，尽管其功率很小，但可会聚程度非常高，因此亮度非常高。

常见发光体的亮度（尼特）：

红色激光指示器，20,000,000,000

太阳表面，2,000,000,000

白炽灯灯 丝，10,000,000

阳光下的白纸，30,000

人眼能习惯的亮度，3,000

满月表面，2,500

人眼能比较好的 分辨出颜色的亮度，1

满月下的白纸，0.07

无月夜空，0.0001

图：两款摄影用测光表，可以测量亮度

、一个综合计算的例子。

一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光。我们可以认为灯泡在空间上发光是均匀的，那么距离该灯泡1米处，其照度为400/12.56=32勒克司。其中12.56 = 4π，就是半径1米的球体的表面积（已经假设400流明的光是均匀分布在这个球体上的）。再假设被照射物体是某种绿色漫反射的，反射率是15%，那么，这个绿色物体被照射后就成为被动发光的，其表面亮度是15% * 32 / π = 1.5尼特。

图：某公司的光度测量仪 器，高灵敏、高准确、多用途。

6、Q&A

问1、如何把LED 的光会聚到一点？

答1，这是不可能的。光学上有个定律，叫做像的亮度永远不大于光源的亮度。

LED 是有发光面积的，因此有亮度，要是把全部或者大部分光会聚成很小的区域，其亮度就超过LED 本身的亮度了，因此是不可能的。

为了尽可能的会聚，只能增大反光碗/聚光镜的尺度。用组合透镜或者其它办法无济于事。

问2，如果有一个电光源，可以把全部的电功率转化成 白色的可见光，理论上的效率有多高呢？

答2，上面已经说过，要根据白色光的光谱而定。对于太阳光来讲，为94流明/瓦。CIE1931色度系统的光效是很差的，因为红色选择了700nm 的长波。相比之下，CRT 电视或者是LED 电视的光效就高得多，大约为240流明/瓦。

问3，照度和被照物体的亮度有什么关系？

答3，亮度=反射率*照度/π

问4，激光为什么亮度高？

答4，激光是在两端严格平行的谐振腔内多次谐振而发射出来的，因此平行度非常高，发散角非常小。又因为亮度是单位立体角内所发出的光流，因此作为分母的立体角度就很小，亮度自然就高了。高亮度的激光体现在可以传播非常远而不发散，或者在近处可以会聚成非常小的光斑。

问5，如何测量手电或 者LED 的发光强度？

答5，在黑暗中把照度表的探头放到地上，距离1米处的把手电或LED 向下照射测得照度的勒克司值，就是其发光强度的cd 值。

问6，如何用 照度计测量亮度？

答6，亮度计和照度计是两个东西，不能直接替代的。亮度计是测量发光体的亮度的，而照度计是测量被照射地点的照度的。但是，如果想知道比较大一些面积的发光体比如灯箱的亮度，同时这个物体触手可得，那么可以用照度计的探头直接贴在发光体上，读出勒克司值后再乘上一个系数，就是亮度的尼特值。

问 7，如何测量一个灯泡的发光效率？

答7，可以用照度表，黑天在室外找一个相对较暗且空旷的地点，需要一个比较稳定的电源和照度表。空旷的目的是不要有反射光照射到照度表上，因此测试时身体尽量远离灯泡和照度表，照度表表头距离灯泡中心1m 处测得照度值为E ，则效率 = 4 * π * E / N，结果单位是流明/瓦，其中N 为灯泡功率例如灯泡为N=40W，读数为E=35.0 lx，那么效率就是 12.56 * 35 / 40 = 11流明/瓦

图：激光由于等效发光点小、发散小，因此亮度非常高

lux （照度）和cd/m2（亮度）是怎么换算的 2009-10-23 11:16:04 Tags:显示屏 URL:-liangdu.htm

L=R×E [公式6-1]

式中L 为亮度,R 为反射系数,E 为照度.

国际单位制(SIE单位制) 的光度单位

名称符号单位英文名

光强度I 坎德拉Candela(cd)

光照度E 勒克斯Lux(lx)

光亮度L 尼特Nit

光通量φ流明Lumen(lm)

1. 光强度 光强度(luminous intensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量, 以I 表示, 单位为坎德拉(candela,简称cd).1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量.

2. 光通量 光通量(luminous flus) 是由光源向各个方向射出的光功率, 也即每一单位时间射出的光能量, 以φ表示, 单位为流明(lumen,简称lm).

3. 光照度 光照度(illuminance)是从光源照射到单位面积上的光通量, 以E 表示, 照度的单位为勒克斯(Lux,简称lx).

4. 反射系数 人们观看物体时, 总是要借助于反射光, 所以要经常用到" 反射系数" 的概念. 反射系数(reflectance factor)是某物体表面的流明数与入射到此表面的流明数之比, 以R 表示.

5. 光亮度 光亮度(luminance)是指一个表面的明亮程度, 以L 表示, 即从一个表面反射出来的光通量. 不同物体对光有不同的反射系数或吸收系数. 光的强度可用照在平面上的光的总量来度量, 这叫入射光(inci-dentlight)或照度(illuminance).若用从平面反射到眼球中的光量来度量光的强度, 这种光称为反射光(reflection light)或亮度(pightness).例如, 一般白纸大约吸收入射光量的20%,反射光量为80%;黑纸只反射入射光量的3%.所以, 白纸和黑纸在亮度上差异很大.

亮度和照度的关系如图6-2(a)所示, 最常用的照度单位是呎烛光(footcandle).1呎烛光是在距离标准烛光一英尺远的一平方英尺平面上接受的光通量. 如果按公制单位, 则以米为标准, 照度就用米烛光(metrecandle)来表示, 即1米烛光是距离标准烛光一米远的一平方米面积上的照度.1米烛光等于0.0929呎烛光.

从图6-2上, 我们不难理解亮度和照度之间的关系, 其关系为:

L=R×E [公式6-1]

式中L 为亮度,R 为反射系数,E 为照度.

因此, 当我们知道一个物体表面的反射系数及其表面的照度时, 便可推算出它的亮度.

亮度也有几种度量单位. 亮度的单位是用一种理想化了的标准状态来定义的(如图6-2b). 以一支标准蜡烛当作光源, 放在一个半径为1公尺的球体的中心位置. 假设这个蜡烛会均匀发散它的全部光线, 则落在球体内表面一平方公尺表面积上的所有光量为1个流明(lumen).实际应用中, 亮度单位用流明太小了, 所以通常取其十倍的单位——毫朗伯(millilambert)来表示. 比毫朗伯稍大的单位是呎朗伯(footlambert),1毫朗伯等于0.929呎朗伯. 英国标准的呎朗伯是用光源的烛光数, 从光源到表面积的英尺数和表面的反射率来规定的. 在有些国家, 普遍使用的是米制单位, 是以毫朗伯为基础的[1毫朗伯(mL)=0.929呎朗伯(ftL)=3.183烛光/平方米(c/m2)=10阿普熙提(apostilbs)].光亮度的单位还有:坎德拉/平方米(即尼特,Nit=1cd/m2)等.