以眼睛的名义：解锁光度学的四大“明星”单位

在日常生活中，我们或多或少都听到过流明（lm）、勒克斯（lux）、坎德拉（cd）、坎德拉每平方米（cd/m2）这些和“光”有关的单位。对于那些和“光”打交道的同学来说，更是耳熟能详。今天，就让我们以眼睛的名义，来一场光度学概念的趣味之旅，帮大家把这些概念梳理得明明白白、清清楚楚。

光度学（Photometry）和辐射度量学（Radiometry）是两个看似相似却又大不相同的领域。光度学是以人眼为基础的，它关注的是我们眼睛对光的感受；而辐射度量学则是基于实际能量的，它只关心光的能量大小，不考虑人眼的感受。打个比方，如果一个光源发出的光能量很高，但都集中在人眼不敏感的红外波段，那么从辐射度量学的角度来看，这个光源很强；但从光度学的角度来看，这个光源就比较弱了。

人眼对光谱中不同波长的光有不同的敏感度，这个敏感度就是光度学和辐射度量学之间转换的关键——光谱光视效能（Luminous Efficacy，V(λ)）。人眼在555 nm（黄绿光）处最灵敏，所以把这个波长的光视效能设为最大值，即V(555 nm)=1；其他波长的光视效能都是小于1的相对值。这个小小的光视效能，就是光度学和辐射度量学“分道扬镳”的关键所在。

流明（lm）在光度学里，就好比是功率的概念。它和辐射度量学里的瓦特（W）是可以对应理解的。在人眼最灵敏的555 nm处，流明和瓦特的换算关系是常数Km=683lm/W（国际标准值）。也就是说，真实的功率为1 W的555 nm的光，其光通量为683流明。要是换作其他波长的光，由于人眼的敏感度降低，同样功率为1W的光，其光通量就达不到683lm了。换句话说，同样1 W的光，我们会觉得其他颜色的光没有555nm的亮，光视效能越小，我们觉得这光就越弱。

若想评价非单色光（比如日光灯灯光）的“功率”，就不能只看一个波长，必须综合所有波长的贡献。因此，“辐射度量学的功率（瓦特）”和“光度学的光通量（流明）”之间的换算关系就显得尤为重要。

勒克斯（lux）及其背后的照度（illuminance）概念，用于描述单位面积的物体或探测器接收到的光通量（单位：lm/m2）。在辐射度量学中，对应的单位是W/m2（辐射照度）。

需要强调的是，照度（lux）描述的是被照面的亮度，而非光源本身的属性。例如，不能说“某个光源有多少勒克斯”，但可以说“被照面上接收到了多少勒克斯”。照度和光源的发光强度（坎德拉）通过距离平方反比定律关联：1坎德拉的光源在1米处产生的照度为1勒克斯。因此，光源的发光强度和被照面的照度是密切相关的。

照度（E）表示被照面单位面积接收到的光通量（Φ，单位：lm），其公式为：

坎德拉（cd）及其对应的发光强度（Luminous Intensity）概念，用于描述点光源在人眼中的亮度。它的定义是：单位立体角（球面度sr）内发出的光通量（lm/sr）。在辐射度量学中，对应的单位是W/sr（辐射强度）。

坎德拉是国际单位制（SI）的7个基本单位之一，体现了以人为本的设计理念。它仅关注光源本身的空间亮度分布（与时间无关），且不依赖被照物或光学系统。相比之下，流明（光通量）虽也涉及能量分布，但主要反映时间维度上的总能量输出。

发光强度（I）表示点光源在单位立体角（Ω，单位：球面度 sr）内发出的光通量（Φ，单位：流明 lm），其公式为：

I：发光强度（单位：坎德拉 cd）。 Φ：光源在特定方向上的光通量（单位：lm）。 Ω：观察方向的立体角（单位：sr）。

对于面光源（如显示屏、灯罩），需引入发光亮度（Luminance）的概念，即单位面积单位立体角内发出的光通量（单位：cd/m2）。观察者与光源表面的角度会影响实际感知的亮度，因此发光亮度综合了面积和视角的影响。

在LED显示屏领域，常见的单位尼特（nit）等同于cd/m2。例如，某笔记本屏幕标注“300nit”，即表示其发光亮度为300 cd/m2。

发光亮度（L）表示单位面积（A，单位：平方米）内光源在单位立体角（Ω，单位：球面度 sr）方向上发出的光通量（Φ，单位：流明 lm），其公式为：

光效（Luminous Efficacy）的公式：

光效（η）定义为光源输出的光通量（Φ，单位lm）与输入功率（P，单位W）的比值。

下次推开窗，不妨留意一下晨曦的色温如何从2000K攀升至5500K，或者思考为何LED灯能以100 lm/W的效率“欺骗”人眼。科学或许抽象，但当它化作生活中的一缕光时，便成了最温柔的启蒙者。

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