光和色彩：测量仪器之光度计应用-知识-云知光

题图是全球第一款智能手持光谱仪照明护照lighting passport旗舰版，可输入“照明护照”或“zmhz”查阅相关介绍。

编辑手记：光的测量，尤其是光谱的测量，在LED时代变得特别重要。不管是厂家研发人员、还是技术和销售人员，或是设计师、业主，测量和了解灯具的光谱构成，已经是一件必须做的事情。这一系列文章，我们就来说说光和颜色那些事儿。

3 测量仪器

3.2 光度计

3.2.3 光度计应用

在光的测量中，有很多量可以被测量。不足为奇，光度计的不当选用是造成测量错误的一个主要原因。对于多数使用者而言，进行有效的光度测量的障碍是缺少光度测量的相关知识，尤其是想在光度单位间进行转换会导致最基本的错误。

现在常见的有四种光度测量仪器，分别是亮度计，照度计，光通量计和光强计。

3.2.3.1 亮度计

亮度计用来测量光源发射出的可见光谱段能量。

因为亮度是具有方向性的，为了更方便的进行测量结果的沟通交流，在测量时，必须要明确仪器的测量角，测量区域和对于光源的测量几何结构。几乎所有的光源都不是朗伯发光源（亮度值在所有方向上都是一致的），从光源发出的光线并不均匀，所以上述的这些测量因素都是相当重要的。

由于亮度测量是要瞄着光源进行的，所以可以使用光学镜头系统来得到测量结果。视场角和光学镜头的测量角必须要有一定限制，以避免测量到微小角度偏差而出现的不必要光线。

图：使用光学镜头的亮度测量结构。

亮度测量对产品质量很重要，如交通信号灯，电视屏幕和汽车尾灯。同时，在室外环境尤其是道路照明时，往往需要对照明设计的最终效果进行亮度测量。

3.2.3.2 照度计

照度计是用来测量落在某物体表面的可见光能量的仪器。

照度测量特别容易受光轴以外光线的影响而产生误差。根据定义，测量面上某处的光线应和其入射角的余弦值成正比，但是，由于探头内传感器的原因，或是仪器本身的原因，许多照度计并不严格按照余弦法则去接收光线。

余弦感应特性通过在传感器和滤镜上覆盖余弦修正漫射罩来实现。需要注意的是，因为系统几何结构的差异，会产生不同的余弦感应特性，导致在不同入射角下得到不一样的余弦误差。

因此，当比较照度测量结果，尤其是涉及到偏离光轴线测量时，一定要理解系统的余弦感应特性。

图：照度计的余弦感应特性曲线。

照度计被广泛应用在环境光线的测量中，以决定室内的光线是否适合阅读或工作。举个例子，一个舒适的用于阅读的桌面，其照度值应大约在300lx。

照度计有时也用来计算ANSI流明（特别是在投影仪测量中），方法是取九个探头的照度平均值，乘以投影仪投射屏幕的面积，就得到了ANSI流明值。

3.2.3.3 光通量计

光通量测量可以得到光源发射的所有可见光的能量。通过使用积分球，将光源发射的能量汇聚到传感器上，以便测量。

图：使用积分球的总光通量测量结构。

通常情况下，积分球要足够大，才能容纳待测光源，而且积分球越大，在测量不同光源时的误差也就越小。举个简单的例子，以一盏小的白炽灯作为标准，在直径为2.5米的积分球内校准一根1.5米长的灯管，所产生的误差是将灯管放置在直径2米的积分球内所产生误差的一半。对此种积分球的校准，通过可溯源至国家标准的标准光源来进行。一个高质量的积分球，要求球体尽量圆整，其内腔的涂层投入也很大，并且通常是需要根据光源的具体测量应用来定制。因此，作为普通用途的光通量计数量非常有限。

3.2.3.4 光强计

光强描述了光源在给定方向上一个立体角内发射的光通量，它是用来度量光源功率的物理量。正如定义中所描述的，光强测量包含了错综复杂的光学几何结构，如测量方向，测量的立体角数量。由于光源很少是呈空间均匀发射的，所以在测量光强时，必须要考虑到测量什么方向的光强和测量多少立体角光强的问题。

因此，要精确测量光源所发射的光强，需要一组可调整的夹具，用来决定测量中所包含的立体角，以及将光源朝向指定的方向用以测量。也就是说，这样的光强计，在测量时必须要配置测量的光学几何结构。