一支蜡烛在燃烧,火焰摇曳,光晕在呼吸。蜡顺着蜡烛流下。向右伸出一个光锥,从球面上截出一个 1 球面度的立体角。上方一道 540 THz 的绿色波在奔跑。下方,照度计的标记沿导轨滑动:2 m 处 0.25 lx,1 m 处 1 lx,0.5 m 处 4 lx。录制指示灯在闪烁。
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SI 基本单位修订 2026-10坎德拉 cd
SI 基本单位 · 量:发光强度——光源向一个方向发出的光
曾经是一支蜡烛的单位
1860 年,伦敦的煤气公司争论谁家的煤气更亮。为了比较灯头,议会批准了一个标准:一支重六分之一磅、每小时燃烧 120 格令的鲸蜡蜡烛。从此煤气灯头的亮度用“烛”来表示。
蜡烛是个糟糕的标准:火焰会抖,烛芯会结炭,蜡也各不相同。后来,蜡烛被加热到熔点的铂取代,再后来被一个数取代。今天,坎德拉是在 540 THz 频率上每球面度发出 1/683 瓦的光源的发光强度。一支普通蜡烛至今仍大约发出 1 坎德拉的光。
540 THz 这个频率不是随便选的。它是波长约 555 nm 的绿光,人眼对它最敏感。所以坎德拉是 SI 中唯一把人纳入其中的基本单位:它量的不是光的能量,而是光看起来有多亮。
坎德拉的符号是两个小写字母 cd,不加点。大写的 Cd 是镉。这个量写作大写 I 加下标 v——发光强度。单位名称用小写:坎德拉。
发光强度和照度。坎德拉说的是光源在一个方向上有多亮。勒克斯说的是有多少光落在一个表面上。同一支蜡烛在 1 米处给出 1 lx,在 10 米处给出 0.01 lx。
01 · 定义
球面度 · 流明 · 眼睛光源向各个方向发光,但不一定均匀。手电筒向前照,向后几乎不照。所以发光强度要按方向分别计算:有多少光进入该方向周围的一个小锥体。
锥体的大小用立体角来量,单位是球面度。1 球面度在半径 1 m 的球面上截出 1 m² 的面积。以流明计的光通量除以立体角,就是发光强度。1 坎德拉就是每球面度 1 流明。
流明计光时会按人眼加以修正。辐射功率要乘以视见函数曲线 V(λ):它在 555 nm 处等于 1,向紫端和红端下降。功率相同的红色激光和绿色激光,对眼睛来说相差好几倍,以坎德拉计也是如此。
有多少光照到纸上
上方是一间带台架的暗室。左边是光源,右边是带照度计的白屏。移动白屏:照度与距离的平方成反比变化。选择光源:蜡烛、白炽灯、窄光束 LED 手电筒、灯塔。手电筒的光束可以收窄:光通量不变,发光强度增大。波长滑块让光源在辐射功率不变的情况下带上颜色。琥珀色表示光,绿色表示眼睛和 V(λ) 曲线,紫色表示角度和仪器。下方有三个视图。“距离”是照度随 r 的变化。“眼睛”是 V(λ) 曲线和当前波长。“配光图”是各方向的发光强度。
把光收进窄锥
300 lm 的手电筒在光通量上比 1700 lm 的灯泡弱。但灯泡向四面八方发光,而手电筒把光收进 10° 宽的锥体里。这样一个锥体的立体角是 0.024 sr,光束中心的发光强度超过 10 000 cd。所以手电筒上标坎德拉,灯泡盒上标流明:两样不同的东西,而且都是实话。
02 · 换算
单位 · 光束 · 历史上的烛从坎德拉到流明、勒克斯和旧烛
输入发光强度或光通量。第一个选项卡显示不同距离处的照度和均匀光源的光通量。第二个把手电筒的光通量按不同光束宽度换算成坎德拉。第三个给出历史上各种“烛”的坎德拉值。
| {k} | {v} | {note} |
在技术中,发光强度相差上亿倍:从仪表盘指示灯的千分之一坎德拉到灯塔的数千万。眼睛能应付这么大的范围,是因为它看到的不是坎德拉,而是它的对数:强十倍的光源看起来只亮两三倍。
04 · 测量仪器
本生光度计 · 分布光度计 · 辐射计 · 照度计光要用光来比
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05 · 书写规则
cd 小写 · 不加点cd——两个小写字母
坎德拉的符号用小写,数字后空一格。倍数加词头:kcd、mcd。发光强度不与光通量或照度混淆:各有各的单位。手电筒和车灯标的是光束中心的发光强度。
Cd 是镉,符号后也不加点。车灯的流明是它的光通量,不是光束里的发光强度。坎德拉是每球面度的流明,而不只是流明。照度用勒克斯来量。单位名称用小写,而“烛光”是 SI 不再使用的过时单位。
06 · 相邻单位
光度学07 · 历史部分
档案 · 从鲸蜡蜡烛到 683 lm/W蜡烛怎样变成了一个数
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坎德拉依据的是一只平均的眼睛
V(λ) 曲线不是某个人的眼睛,而是 1920 年代实验的平均值。观察者被要求比较两个彩色视场的亮度,由他们的回答推出一张表,国际照明委员会于 1924 年采纳。每个人都有自己的曲线,色觉异常者的曲线明显偏移。
所以测量坎德拉的仪器先测瓦,再按表换算。滤光片模拟 V(λ) 的光度计对白光效果很好。对蓝色 LED 和窄谱线,滤光片误差更大,这类光源要用光谱辐射计来检验。
右边是两条曲线。绿色是明视觉,峰值在 555 nm;蓝色是暗视觉、暮光视觉,峰值在 507 nm。在黑暗中,蓝色看起来比红色更亮,尽管坎德拉并不考虑这一点。
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