光源有哪些光学参数？色温和显色性什么关系？

光源有哪些光学参数？描述光源的光学参数有很多，例如光通量、发光强度、色温和显色性等，其中色温和显色性是描述光源颜色的两个重要指标，那么色温和显色性什么关系？本文对光源的光学参数及色温和显色性的关系做了介绍，对光源光学参数感兴趣的朋友可以了解一下！

光源的光学参数介绍：

1.光通量

在辐射度学上，LED辐射通量用来衡量发光二极管在单位时间内发射的总电磁功率。它通常表示LED在4π空间范围内单位时间所发出的功率。LED光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分，称为光通量，它是单位时间内LED光源向整个空间发射的能引起人眼视觉的辐射通量。但人眼对不同波长的可见光的感觉是不同的，为此国际照明委员会（C1E）为人眼对不同波长单色光的灵敏度作了总结，在亮度为3cd/m2以上的明视觉条件下，归结出标准光度观测者光谱光效率函数v（λ），它在555nm上有最大值。其中v（λ）为亮度为0.001cd/m2以下的暗视觉条件下的光谱光视效率。

明视觉条件下，辐射量向光通量的转化表达式为：

暗视觉条件下，辐射量向光通量的转化表达式为：

光通量的测量通常有两种方法，并且通常在明视觉条件下测试。一种是用积分球收集总的辐射量，然后用已知光通量的标准灯与被测灯作比较，从而得到被测灯的光通量；另一种方法是用分布式光度计测量被测光源发光强度的空间分布，计算后得到光通量。

2.发光强度

发光强度表示光源在给定方向上的单位立体角内发射的光通量。假设光源是一个点光源或光源距离探测器足够远以致光源面积可以忽略不计时，发光强度可以表示为：

其中dΩ是点光源在某一方向上所张的立体角，如下图所示。

在LED光强测试中通常用CIE推荐的“平均发光强度”概念，即照射在离LED一定距离处的光探测器上的光通量Φv与由探测器构成的立体角的比值。其中立体角可将探测器的面积S除以测试距离d的平方计算得到，因而有如下计算式：

CIE关于近场条件下的LED测试，有两个推荐的标准条件：CIE标准条件A和CIE标准条件B。这两个条件都要求所用的探测器有一个面积为1cm2的圆形入射孔径。主要区别在于LED顶端到探测器的距离，立体角和平面角（全角）的不同。

3.色温

色温是描述光源光谱质量最常用的指标。当某辐射体与绝对黑体在可见光区域具有相同形状的光谱功率分布时的温度，称为该辐射体的色温。当光源的色度坐标位于色度图上的黑体迹线上时，就把黑体的绝对温度定义为该光源的色温，不同温度下，绝对黑体的色度坐标是不同的，但是非热辐射光源，它们的光谱功率分布形式与黑体辐射相差很大，其色度坐标不一定落在黑体辐射迹线上，这时常用相关色温来表示，即在色度图上，和某一光源的色度坐标点相距最近的那个黑体的绝对温度就定义为该光源的相关色温。

4.显色性

光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的白炽灯下观察到的物体颜色比较得到的。光源发射的光谱分布决定它的颜色，光谱分布不同，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同颜色的光源可以由不同的光谱组成，光源的光谱组成波长范围越广显色品质越好。当光源光谱中缺少白炽灯下物体所反射的主波长时，会使物体颜色产生明显的色差，色差程度越大，光源对该颜色的显色性也就越差。目前，显色指数仍是定义评价光源显色性的普遍方法。

色温和显色性的关系：

光源显色性和色温是光源的两个重要的颜色指标。色温是衡量光源色的指标，而显色性是衡量光源视觉质量的指标。假若光源色处于人们所习惯的色温范围内，则显色性应是光源质量的更为重要的指标。这是因为显色性直接影响着人们所观察到的物体的颜色。对于颜色检测行业来说，人工光源显色性的高低，直接影响被测试样品颜色评价结果。因此，CIE标准光源的对显色性有着严格的要求，标准光源箱中必须使用色温、显色指数等技术参数合格的人工光源。

光源的色温与显色性，从本质上说，都是由它的光谱能量分布决定的。以日光为例，日光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等多种颜色的光按一定的比例混合而成。日光照到某一种颜色的物体上，物体将其他颜色的光吸收，而将这种颜色的光反射出来。比如，蓝布受日光照射后，就将蓝光反射出来，并将其他光吸收，因此人眼看到的这块布是蓝色的。由于日光本身包含了各种颜色，再加上各种物体对不同的光的反射性能不一样，所以大自然在日光照射下就显得五彩缤纷。钠灯则不然，钠灯发出的光主要是黄光，当黄光照在蓝布上，蓝布将黄光吸收，蓝布虽然能反射蓝光，但钠灯发出的光中基本上没有蓝光，也就谈不上反射蓝光了。因此在钠灯照射下蓝布就变成黑布了。钨丝灯的光谱能量分布是连续的，各种颜色都有，因而有较好的显色性，但其辐射能量分布偏重于长波方面，整体上看来光色偏红偏黄。

然而，光源的色温与显色性之间并没有必然的联系，相同色温的各光源之间的显色性差别可能很大，相同显色指数的各光源之间的色温差别也可能很大，各种色温的光源都可能有较好的显色性，也可能有较差的显色性。如：钨丝灯色温低，显色性好；高压钠灯色温低，而显色性差；马路上的高压汞灯，从远处看它发出的光既亮又白（色温高），但被它照射的人的脸色却象抹了一层青灰色（显色性差）；而高压缸灯，发出的光亮白（色温高），灯下的颜色也不失真（显色性好）。

光通量和发光强度的关系：

由于人眼对等能量的不同波长的可见光辐射能所产生的光感觉是不同的，因此按人眼函数V（λ）来评价的辐射通量Φ（λ）即为光通量Φ，即：

式中：Km为明视觉的最大光谱光视效率函数，亦称为光功当量，它表示人眼对波长为555nm处光辐射产生光感觉的效能，按国家实用温标IPTS-168的理论计算，其值为680lm/w。

光度学中最基本的单位是发光强度，单位为坎德拉（cd），它是国际单位制中7个基本单位之一。其定义为555nm的单色辐射在给定方向上的辐射强度为1/683W·sr时，在该方向上的发光强度为1cd。

光通量的单位为流明（lm），它是发光强度为1cd的均匀点光源在单位立体角（1sr）内发出的光通量。

如果光源为点光源，并且是均匀发光体，那么光强（I）与光通量（Φ）符合距离反比平方定律。距离平方反比定律来自于点光源向空间发射球面波的特性，即点光源在传播方向某点的辐照度与该点到点光源的距离平方成反比。

在任一锥立体角内，假设在传输路径上没有光能损失或分束，那么点光源向空间发出的辐射通量是不变的。然而位于球心的均匀点光源所张开的立体角所截的表面积却和球半径的平方成正比，这样在球面上的辐照度就和点光源到该面的距离平方成反比，即：Φ=4πI。