光学基本物理量及导出物理量定义、公式和注释等不妥及错误的探讨

摘要：“发光强度”是自然界中七个基本物理量中的光学领域基本物理量，从它导出的物理量有“光通量”“光照度”“光出射度”“亮度”等，其重要性不言而喻。这些术语在“国际电工委员会”标准IEC60050.845《国际电工词汇第845部分：照明》2020年版进行了定义，其理应严谨准确。然而作者经过对该版标准内各术语之间关联，以及对照该标准1987年版和“国际标准化组织”相应标准ISO 31-6:1992《量和单位 第6部分：光和相关电磁辐射》进行比较分析，发现它们出现了较多不清晰、不妥和错误，例如定义和/或计量单位所描述的有具体数值的“面”与公式中所描述的无具体数值的“点”难以对接等等，这些可能导致光学界不良后果。作者提出了修改完善建议（本文不赘述对应的辐射度量、光子度量所存在的相同问题）。

关键词：光强；光通量；照度；光出射度；亮度

1引言

人类社会需要标准化来规范各方面的行为，标准化是人类文明进步的重要标志。如果没有统一的标准化，世界将是混乱的。

国际上有三大标准化组织，其一为成立于1865年的《国际电信联盟（ITU，International

Telecommunication Union）》；其二为成立于1906年的《国际电工委员会（IEC，InternationalElectrotechnicalCommission）》；第三为成立于1947年的《国际标准化组织（ISO, InternationalOrganizationforStandardization）》。这三大标准化组织的主要活动是制定国际标准，协调世界范围的标准化工作，组织各成员国和技术委员会进行情报交流，以及与其他国际组织进行合作，共同研究有关标准化问题，这三大国际组织之间的领域分工有所侧重。可见，《国际电工委员会》是极其权威的国际标准化组织机构。

自然界有七个“基本物理量”（时间、长度、质量、温度、电流、光强、物质的量），

其中“发光强度”（简称光强）是光学领域的基本物理量，而“导出物理量”（光通量、照度、光出射度、亮度）由“光强”而来。最新2020年版“国际电工委员会”标准IEC60050.845：2020《International Electrotechnicalvocabulary（IEV）Part 845:Lighting》（国际电工词汇 第845部分：照明）对这些光学物理量进行了定义，作为全球光学领域应遵循的共识，其重要性不言而喻，该2020年版很好的方面是补全了大部分1987版以及国际标准化组织的ISO 31-6:1992《量和单位 第6部分：光及有关电磁辐射》中所没有的“定义”以及以数理公式代替定义的问题，也细化了多方面。术语标准的定义、公式和注释等的表达应该既简要概括又严谨明确，否则产生不良后果。作者经过追溯该版标准内各术语相互关连，并比较分析该标准1987年版和“国际标准化组织”相关标准ISO 31-6:1992《Quantities and units-part 6: light and related electromagnetic radiation》（量和单位 第6部分：光和相关电磁辐射）以及“国际照明委员会”出版物CIE 127:2007 《MEASUREMENT OF LEDS》(LED测量）。作者认为2020年版出现了不少混淆、模糊不清，甚至错误，本文对于其中涉及的不妥和错误提出了修改和完善建议。限于篇幅，这里只分析探讨该标准中光度学最重要的基础术语（不涉及对应的辐射量、光子量及其它术语相同的错误）。

2光度学物理量术语定义、公式、注解的相关标准问题概述

IEC60050.845：2020好的方面是对很多光学物理量术语补充了1987版中实质上所没有的“定义”，其它方面描述也比较全面。标准的前提是可溯源，特别是被溯源的源头术语，需要非常严谨。ISO 31-6:1992《量和单位 第6部分：光及有关电磁辐射》表格化内容显得太简单，比如术语“光强”的“定义”一栏是空白的，也没给出定义公式，在备注栏中简单提到“光强是基本物理量之一”。而IEC60050.845：1987年版中很多术语的“定义”不是阐明或概括其物理意义，而是把数学公式以及对公式中符号的物理解释作为其定义，当然作者认为该1987版也同样存在较多其它不妥或错误。

作者认为定义、公式、注解等应从数学和物理学两方面综合考虑并分为理论与实际的层次展开，“定义”应该是理论性的（考虑的是物理意义准确而无需顾及现实近似模拟和实际测量）、公式和公式注释也应是紧随理论定义，其它相关的展开包括现实中如何近似模拟测量和计量单位等可放入附加注释中。虽然本文关注的是光度学的基本物理量和导出物理量，但要分析它们还需先引用本标准中的其它一些源头术语作铺垫，然而作者认为这些铺垫源头术语也同样存在不同程度的不妥。

3IEC 60050.845:2020标准术语不妥或错误的分析讨论

3.1术语“源”（序号845-21-032）

3.1.1 标准原文

source,<of optical radiation>

object that produceslight or other radiant flux

3.1.2 中文翻译及整理

术语名称：源（光辐射的）

理论定义：产生光或其它辐射通量的物体

3.1.3分析讨论

1）“源”是依托于真实（real）“物体”（Object），容易理解，自然界至少存在固态、

液态、气态、等离子态四种物质形态可成为“源”的真实物体。但在后续讨论的物理量涉及“光源”时很少再出现“物体”，反而常出现“真实的或假想的表面”(a real or imaginary surface)。“虚构的、假想的”（imaginary）是“真实的”（real）反义词。但在“源”定义中却没有出现“表面”（surface），这使得后续出现的“假想的表面”难以准确把握，是真实的“假想面”（例如考核其假想的等离子体内部某真实面的发光）还是虚构的“假想表面”（例如考核其宇宙真空中某假想截面的“光通量”）？没有可溯源源头易产生歧义或混乱。

2）“产生光”使用了单词“produce”，后续涉及再讨论。

3.1.4 本文建议

建议理论定义由“object that produceslight or other radiant flux”修改为更明确的“real surfaceor real sectional-areaor object that produceslight or other radiant flux”（产生光或其它辐射通量的真实表面或真实截面或物体）。

3.2术语“光源”（845-27-001）

3.2.1标准原文

light source

surface or object emitting light

Note 1 to entry: A light source can be self-emitting(primary light source) or non-self-emitting (secondary light source)

…..（省略不涉及的，下同）

3.2.2 中文翻译及整理

术语名称：光源

理论定义：发射光的表面或物体

定义附注1：光源可以是自发射的（自发光光源）或者非自发射的（二次发光光源）

3.2.3分析讨论

1）“光源”作为一种“源”，它俩对发光源头的“surface”（表面）或“object”（物体）的表述应一致，再加上后续涉及术语的表述反证了本文建议“源”理论定义增加“realsurfaceor real section-area”是合理的。

2）“光源”作为“源”的一种（仅波长范围不同），“光源”也应与“源”一致使用“produce light”（产生光）而不应使用“emit light”（发射光）。此外定义附注1描述“光源”包括了“自发光光源”或“二次发光光源”，如果按标准原文这两者应都可使用“emit”,然而后续“二次发光光源”理论定义（本文第3.4）标准原文中没有使用“emit”而用了“re-direct it by reflection or transmission”（由反射或透射重新配置光），可见如果按“光源”使用了“emit”，则可认为“二次发光光源”的“reflection”（反射）和“ transmission”（透射）也是一种“emit”。但是术语“光通量”（本文第3.10）的公式注释标准原文中使用了“emitted、transferred or received”（发射、转移或接收）,这又表明三者不能互相包含覆盖替代，除了区别明显的“emit”和“received”之外，“transfer”就代表了“reflection、transmission”。总之，前后用词模糊不清晰，易混淆。为了避免歧义，在源头理论定义应明确其相互关系，后续严格区分使用。

3）定义附注1列出了“光源”的两选一形式：“self-emitting(primary source)”（自发射（自发光光源））或者“non-self-emitting (secondary source)”（非自发射（二次发光光源））。理论上100%不反射外来光的单纯“自发光光源”少之又少，而自然界绝大多数“自发光光源”在自发光的同时还会对外来光（例如环境杂散光等）进行反射和/或透射，所以应补充完善“自发光光源”与反射和/或透射组合的描述。

3.2.4 本文建议

1）建议理论定义由“surface or object emitting light”修改为更明确的“real surfaceor real section-areaor object that produces (emit, reflect, transmit , or a combination of them）light”（产生光（发射、反射、透射或其组合）的真实表面或真实截面或物体）。

2）建议定义附注1由“Note 1 to entry: A light source can be self-emitting(primary light source) or non-self-emitting (secondary light source) ”修改为“Note 1 to entry: A light source can be a primary light sourcewhich can be self-emitting，or a secondary light source which be non-self-emitting but transferring（reflecting or transmitting）light, or alight source can also be a primary light sourcewhich can be self-emittingmeanwhile transferring（reflecting and/or transmitting）light ”（注1：光源可以是自发射光的自发光光源,或者可以是非自发射但可转移光（反射或透射）的二次发光光源，光源也可以是自发射光的同时转移光（反射和/或透射）的自发光光源）。

3.3术语“自发光光源”（845-27-002）

3.3.1标准原文

primary light source

surface or object emitting light by a transformation of energy

3.3.2中文翻译及整理

术语名称：自发光光源

理论定义：由能量转换而发射光的表面或物体

3.3.3分析讨论

1）与上述同理，自发光光源应是真实表面或真实截面或物体，其内部发生能量转换，激发原子、分子跃迁而自发发光。“emit”应专用于表达单纯自发光的情形。

2）上面分析过“自发光光源”除了可以单纯“自发光”外，也可同时“转移”（transfer

包括“反射和/或透射”（reflect and/or transmit))外来光。例如炼钢炉中钢水表面除了自发光外同时还反射明亮的炉膛光，其定义也应体现这种情形。

3.3.4 本文建议

建议理论定义由“surface or object emitting light by a transformation of energy”修改为更明确的“real surfaceor real section-area or objectemitting lightby a transformation of energy, or real surfaceor real section-area or object emitting lightby a transformation of energymeanwhile transferring light from outside”（由能量转换而发射光的真实表面或真实截面或物体，或由能量转换而发射光的同时也转移外来光的真实表面或真实截面或物体）。

3.4 术语 “二次发光光源”（845-27-003）

3.4.1 标准原文

secondary light source

surface or object which is not self-emitting but receives light and re-directs it, at least in part, by reflection or transmission

3.4.2中文翻译及整理

术语名称：二次发光光源

理论定义：不自发发光，但接收光并且至少部分的反射或透射光的表面或物体。

3.4.3 分析讨论

1）与上同理，二次发光光源也应是真实“表面”或“截面”或“物体”，其接收外来光但其不会激发内部原子、分子跃迁，不会自发发光，但是至少部分地反射或透射外来光。

2）既然“二次发光光源”是只“反射或透射”（reflection or transmission）外来光而发光的一种“光源”，按术语“光源”（本文第3.2.3 的2））分析同理，“transfer”(转移)应专门用于表达“reflection”、“transmission”。

3.4.4 本文建议

建议理论定义由“surface or objectwhichis not self-emitting but receives light and re-directs it, at least inpart, by reflection or transmission.”修改为更明确的“real surface or real sectional-area or objectthat is not self-emitting but receives light and transfers it, at least in part, by reflection or transmission”（不自发发光但接收光并至少部分地反射或透射来转移光的真实表面或真实截面或物体）。

3.5术语“立体角”（845-21-109）

3.5.1 标准原文

Ω

Solid angle(of an area subtended at a point)

area intercepted on a unit sphere, centered at the point, by a cone having the given area as its base and the point as its vertex.

3.5.2 中文翻译及整理

术语符号：Ω

术语名称：立体角（一个点对一个面的）

理论定义：一个给定面积作为底部、顶点在球心的圆锥体在一个单位球体上所截取的球面面积

3.5.3 分析讨论

1)数学上：圆锥体顶点的“点”是一个尺寸为零的“虚点”。

2)物理上：“光源”是有尺寸的，且与观看的距离密切相关，典型的例子是巨大“恒星”因距离地球几十、上百亿光年而可被认为是逼近数学“虚点”的“实点”（意为实实在在的物理“点”，下同）。让一个包含光源的物理“实点”（置于立体角“虚点”位置）在内的微小面积趋近于零来逼近数学“虚点”，得微分“实点”（dA)及导数，建立起数学“虚点”与物理“实点”的关联。这是各相关物理量术语的理论定义和数理公式的基础之一。

3.6 术语“点源”（845-21-033）

3.6.1 标准原文

point source

source of incoherent radiation, the dimensions of which are small enough, compared to the distance between the source and the irradiated surface, to be negligible in calculations and measurements

Note 1 to entry: A point source which emitsuniformly in all directions is called a uniform point sourceor anisotropic point source

3.6.2 中文翻译及整理

术语名称：点源

理论定义：尺寸足够小的非相干辐射源，其尺寸与它到被其照射的表面的距离相比，在计算和测量时可以忽略。

定义注释1：所有方向均匀发射的点源称为各向同性点源或均匀点源。

3.6.3分析讨论

1）物理上的理论定义和数理公式很多时候在现实世界的工程上因为成本、测量等等难以实现，所以，不得不允许放大误差来模拟，该术语“点源”的理论定义就是连接其它术语的理论定义和数理公式过渡到作为现实操作层面的实际应用的依据。典型的例子是各实验室测量校准所用的“白炽钨丝光强标准灯”（发光尺寸为数平方厘米），就是在有限长度的室内光学系统中进行溯源标定的。

2）该术语“点源”理论定义反证了作为其源头的“源”（本文第3.1）本身尺寸非常、非常小，那么“光源”（本文第3.2）本身尺寸同样非常、非常小，而它其中的“实点”尺寸就更小、更小，可在更小、更小的有限距离忽略其尺寸。

3）定义注释1既然说明了有“各向同性点源或均匀点源”，那么也就有而且严格来说绝大多数是“各向异性点源或非均匀点源”。

3.7 术语“球面度”（845-21-034）

3.7.1 标准原文

sr

steradian

SI unit of solid angle

Note 1 to entry: 1 sr is equal to the solid angle that, having its vertex at the centre of a sphere, cuts off an area of the surface of the sphere equal to the square of the radius of the sphere

3.7.2 中文翻译及整理

术语符号：sr

术语名称：球面度

理论定义：立体角的SI国际单位

定义附注1：1 sr等于顶点在球心的立体角所截取的与球半径的平方相等的球面面积

3.7.3 分析讨论

“球面度”的实质是“立体角”。

3.8术语“光强”（845-21-045）

3.8.1标准原文

luminous intensity

density of luminous flux with respect to solid angle in a specified direction

Iv= dФv/dΩ

whereФvis the luminous flux emitted in a specified direction, and Ωis the solid angle containing that direction

Note 1 to entry: For practical realization of the quantity, the source is approximated by a point source

Note 5 to entry: The luminous intensity is expressed in candela ( cd = lm·sr-1)

3.8.2 中文翻译及整理

术语名称：光强

理论定义：指定方向上立体角的光通量密度

数理公式：Iv= dФv/dΩ

公式注释：式中，Фv是在指定方向上发射的光通量，Ω是包含该方向的立体角

定义附注1：为了实际获得该量，把“点源”近似为“源”

定义附注5：光强由“坎德拉”表示(cd = lm·sr-1)

3.8.3分析讨论

1）理论定义描述的是大“立体角”（Ω）和“密度”问题；数理公式说的是趋于零的微小“立体角”（dΩ）问题；公式注释说的也是大“立体角”问题；定义附注1说的是在实际应用操作中的近似处理问题；定义附注5讲的实质也是大“立体角”问题；它们之间所描述的问题及环节可能不易对接而产生混乱。

2）由数理可知，光通量Фv可随立体角Ω大小变化而单调变化，Фv是Ω的可导函数，当以理论定义中的指定方向为中心轴线的微小立体角取极限才能得到导数公式Iv= dФv/dΩ（注意：1987版不太好的一点就是仅单独用该公式作为理论定义，而不是用文字概述其物理意义），即得到“光源”上该点处（轴线落点）在指定方向上的“光强”。因微小立体角趋于零（即dΩ），也就是说理论定义的“光强”几乎就是指定方向这“一根”中心轴线光线形成的光强，因此，“光强”不能描述为“......光通量（立体角）密度”。根据Iv= dФv/dΩ可知测量光强时，探测器对光源形成的立体角越小，测得的光强值就越准确。实际上有两个方法：其一，把探头做得很小、很小，但现实中附带的其它误差可能大增；其二，把探头距离尽可能拉远，但现实中场地有限。因此，现实测量中使用“平均（立体角）光强”（Iv =Фv/Ω），请参考术语“平均LED强度”（本文第3.9）。

3）日常提到“密度”都自然联想到“体密度”和“面密度”而几乎不会想到“立体角密度”，既然理论定义中的“光通量密度”也没有提及是“面密度”还是“立体角密度”，这里不仿两者都再分析一下。

（1）数理公式Iv= dФv/dΩ中没有出现面积符号“A”，所以，光强与发光面积没有直接关系。此外，定义附注1的内容就是一定具体尺寸的实际“点源”拉长测量距离来近似模拟理论上的“光源”，这反证了即使在近距离时其“光源”的尺寸也是非常、非常小的，而“光源”上的一个“实点”尺寸就更可能趋近于零，也就反证了“光强”是关于“光源”上一个“实点”的光强，因此“光强”也不能描述为“.......光通量（面）密度”。

再举例术语“平均LED强度”（本文第3.9），术语名称中没有“光”字，单位“candela”却与“光强”相同，这说明它是“光强”的一种。限于篇幅，这里只简述其中“CIE标准条件A”的“平均LED强度ILED,A”的内容：“垂直于LED发光二极管机械轴并距离LED顶端100mm处的100mm2圆孔面上的平均照度乘以距离的平方再除以单位立体角”，可见其不涉及LED芯片面积。LED芯片有一定发光面积，一般各LED芯片面积也都不相等，且此距离下的芯片尺寸远不能按面积趋近于零来处理，而实际测量根本不涉及芯片面积，再说有封装透镜的就更无法准确得到芯片的发光面积，因此，不可能得出芯片“每平米的光通量”或“光通量（面）密度”。同一版标准中的“平均LED强度”术语也反证了“光强”理论定义“......光通量密度”不可能是“面密度”。

（2）再分析“每球面度的光通量”，cd = lm·sr-1中分母含“每球面度”（sr-1）有“光通量（立体角）密度”意思。当把“平均LED强度”的“条件A”中的测量距离作为术语“球面度sr”（本文第3.7）理论定义的球半径（100mm）时，则对应立体角所截取的球面面积约r2=100mmx100mm=10000mm2，可见这比规定的照度探头面积100mm2大了约100倍，所以“平均LED强度”作为一种“光强”，却使用了小得多的“立体角”测量平均值，这反证了lm·sr-1中的大立体角的光强是“平均光强”，直接对应的应该是Iv= Фv/Ω且（cd = lm·sr-1），它与数理公式表达的立体角趋于零的“光强”不是一回事。因此，建议新增一个定义附注，说明实际测量时其实质采用的是“平均光强”，解决数理公式无法实际应用问题。

3）无论是“自发光光源”、或者是非自身发光仅靠反射或透射光的“二次发光光源”，

只要有出射“光”，就有“光强”。公式注释中“Фv光通量”使用了 “emited（发射的）”不妥，请见术语“光源”（本文第3.2.3之2）分析。

3.8.4本文建议

1）建议理论定义由“density of luminous flux with respect to solid angle in the specified direction.”改为“luminous flux element emitting and/or transferring in a solid angle element containing the specified direction at a point of a surface (or a sectional-area) of a light source”（光源表面或截面上一点向指定方向上、在包含该方向的立体角元内发射和/或转移的光通量束元）。

2）建议公式注释由“whereФvis the luminous flux emitted in a specified direction, andΩis

the solid angle containing that direction”改为“wheredФvis the luminous flux element emitted and/or transferred in a specified direction, and dΩis the solid angleelement containing that direction”（式中，dФv是向指定方向上发射的和/或转移的光通量束元，dΩ是包含该方向的立体角元）。

3）建议删除定义附注5中的( cd = lm·sr-1)，并修改为“Note 5 to entry: The luminous intensity is expressed in candela”（注5：发光强度单位为“坎德拉”）。

4）建议增加一个定义附注，其内容是关于实际应用操作中采用“平均（立体角）光强”公式为Iv= Фv/Ω，单位坎德拉且（cd = lm·sr-1）。

3.9 术语“平均LED强度”（845-21-114）

3.9.1 标准英文

averaged LED intensity

illuminance averaged over a circular aperture of 100mm2area normal to the LED’s mechanical axis at a distance of 100mm for CIE Standard Condition A or 316mm for CIE Standard Condition B from the tip of the LED, multiplied by the square of the distance and divided by a unit solid angle

Note 1 to entry: A detailed method of measurement is given in CIE 127, Measurement of LEDs

Note 3 to entry: The averaged LED intensity is expressed in candela(cd)

3.9.2 中文翻译及整理

术语名称：平均LED强度

理论定义：在垂直于LED机械轴并且分别距离LED顶端100mm（CIE标准条件A）或316mm（CIE标准条件B）处的一个100mm2圆孔面上的平均照度乘以距离的平方再除以单

位立体角

定义附注1：详细的测量方法在CIE 127《LED测量》中给出

定义附注3：平均LED强度由坎德拉（cd）表示。

3.9.3 分析讨论

1）定义应表达其“术语”的物理意义，这是2020版的亮点，然而此理论定义却没跳出1987版以具体数据或数理公式替代“物理意义”的框架。

2）“光强”是在一定条件下测得“照度”再由“距离平方反比定律”获得。因现实中只能用一定尺寸的探测器（形成一小立体角）而无法立体角趋于零，无法获得数理公式的“光强”，测得的只能是“平均照度”，得到的也只能是“平均（立体角）光强”。

3）注意，此处“CIE标准条件A”和“CIE标准条件B”与引用的源头CIE 127《LED测量》中相反，应属笔误。

3.9.4本文建议

1）建议理论定义修改为概括物理意义的文字性描述。

2）建议理论定义其“CIE标准条件A”和“CIE标准条件B”修改为与源头CIE 127:2007保持一致。

3.10 术语“光通量”（845-21-039）

3.10.1 标准原文

luminous flux

change in luminous energy with time

Φv=dQv/dt

where Qvis the luminous energy emitted, transferred or received, andtis time

3.10.2中文翻译及整理

术语名称：光通量

理论定义：光能量随时间而变化

数理公式：Φv=dQv/dt

公式注释：式中,Qv为发射、转移或者接收的光能量，t为时间。

3.10.3 分析讨论

1）对“光通量”定义或公式及附注在国际电工委员会和国际标准化组织的IEC60050.845:1987版、ISO 31-6:1992及IEC60050.845:2020版三个标准之间的区别非常大，甚至完全不同。

2）该IEC60050.845:2020版标准理论定义没提到光源、表面或物体，也没提到空间、截面，那么它们应该普遍适用。

3）通量就是流动的量，只变化而无定向流动，不成其为通量。举例类似意义的“电流”定义：“单位时间内通过某截面的电荷量”，关注其“截面”和“单位时间”。光通量的理论定义没有涉及“截面”，且难以理解其“某时刻”（dt即时间间隔时）与“单位时间”的关系含义？毫无疑问“光能量”时刻都在流动，但理论定义没有体现光能量定向流动。另一方面，“光能量随时间而变化”表达模糊，如果是指“光能量随时间变化（流逝）而变化”，那么，照明所需要的是恒定不变的光能量，而绝不希望闪动、波动变化的光能量。如果“光能量变化”是指“一段时间”的时间变化（流逝），那么数理公式又限定了时间变化趋于零（）。因此，理论定义难理解，易歧义。

4）自发光物（固体、液体、气体、等离子体物质形态的）上某表面某截面、非自发光物（例如固体）上某表面、非自发光空间（例如真空）中某截面可以存在多种光通量情形：（1）本身自发光光源的某表面某截面：①本身只发射（emit）光；②本身发射光的同时还接收(receive)外界光并反射（reflect）光（例如固体光源）；③本身发射光的同时还接收外界光并透射（transmit）光（例如液体或气体或等离子体光源，以及一些非实心固体光源）；④本身发射光同时某截面正反两面都接收外界光并向指定方向分别反射和透射光（例如液体或气体或等离子体光源，以及一些非实心固体光源）；（2）本身非自发光物某表面:①只接收外界光并反射光（例如月亮）；②只接收外界入射光且完全吸收后不反射光（例如“绝对黑体”）；（3）本身非自发光的空间的某截面：接收入射光并且直接把光透射出去（例如真空中某虚构假想的截面）等。这些情形中有单纯“发射”或者单纯“转移”（反射、透射）、也有“发射”和“转移”（接收之后的反射、透射）的组合，但它们不能与已发生过“转移”的之前所“接收”的入射光组合，否则会重复计算。因此，应补全公式注释的“luminous energy emitted, transferred or received”中的组合描述。

3.10.4 本文建议

1）建议理论定义由“change in luminous energy with time”改为“luminous energypassing through a real surface or real sectional-area or a imaginary sectional-area within a unit time”（单位时间内通过一个真实表面或一个真实截面或一个假想截面的光能量）。

2）建议公式注释由“where Qv is the luminous energy emitted, transferred or received, andtis time”改为两个独立部分描述“where Qvisluminous energy emitted and/or transferred , or luminous energy received，andtis time”（式中Qv是发射和/或转移的光能量，或者是接收的光能量，t是时间）。

3.11 术语“光照度”（845-21-060）

3.11.1 标准原文

illuminance

density of incident luminous flux with respect to area at a point on a real or imaginary surface

Ev= dφv/dA

where φvis luminous flux and A is the area on which the luminous flux is incident

Note 3 to entry: The illuminance is expressed in lux (lx = lm·m-2)

3.11.2中文翻译及整理

术语名称：光照度

理论定义：真实的或假想的表面上一点处的面积上的入射光通量密度

数理公式：Ev= dφv/dA

公式注释：式中，φv是光通量，A是其上入射有光通量的面积

定义附注3：光照度由lux表示 (lx = lm·m-2)

3.11.3 分析讨论

1)光照度是关于被照射处的，既可以是任何物质的真实表面，也可以是宇宙真空空间的假想截面，只要存在“入射光通量”就有“照度”，放上照度计就可测得照度，而不管照射光来自何方和有多少个光源，也不论光源在哪里。此外，物质表面使用英文“surface”，而空间截面可能使用英文“sectional-area”更合适。

2）“面积A”（area）和“截面A”（sectional-area）应分别是整个物体表面（surface ）和整个空间（space) 的一个局部，而“点”（point） 又分别只是“面积A”或“截面A”上的微小面积且后的一个“实点”（实实在在的点）或“假设点”，取极限= ，即得Ev = dΦv/dA。可见Ev就是这个“实点”或“假设点”（面元dA）上的照度，而不是“点上的面积A”的照度，因此就不存在面积A（area)的“光通量（面）密度”概念。但另一个问题，如果整个表面（surface)上的入射光通量均匀分布，则整个表面上的照度与该点上的照度Ev =dΦv/dA相同。如果表面上入射光通量分布不均匀，则Ev=dΦv/dA只能是该点的照度。

3）数理公式是一个趋近于零且无法确定具面积值的“点”上的照度，而理论定义和公式注释都是关于“面积A”上的照度的，特别是定义附注3是关于“单位面积”的平均照度，其实质是Ev=φv/A （lx = lm·m-2）是有确定数值的面积的照度，是数理公式的近似处理，但两者不能等同。还需说明lx = lm·m-2只是“面积A”上的平均照度，得到结果后还需统一放大到假设整个表面均匀分布时的国际单位制。为避免歧义，建议增加一个定义附注加以说明。

3.11.4本文建议

1）建议理论定义由“density of incident luminous flux with respect to area at a point on a real or imaginary surface. ”修改为“incident luminous flux element with respect to area element on a real surface of a object, or in a imaginary sectional-area in space”（真实物体表面上或假想空间截面上一个面元点上的入射光通量束元）。

2）建议公式注释由“whereφvis luminous flux and Ais the area from which the luminous flux incidents.”修改为“where dφvis luminous flux element and dAis the area element from which the luminous flux incidents.”（式中dφv是光通量束元，dA是接收到光通量入射的面元）。

3）建议定义附注3中删除(lx = lm·m-2) ，由“ Note 3 to entry: The illuminance is expressed in lux (lx = lm·m-2)”改为“Note 3 to entry: The illuminance is expressed in lux (lx )”（注3：光照度由lux表示，单位lx)

4)建议新增定义注释：内容是关于实际应用中采用“平均光照度”，公式为Ev=Фv/A，

单位勒克斯且lx= lm·m-2（并注明无论整个表面照度是均匀或非均匀的，测得的结果是统一放大到假设整个表面或截面均匀分布情况下的国际单位制）。

3.12术语“光出射度”（845-21-081）

3.12.1 标准原文

luminous exitance

density of exiting luminous flux with respect to area at a point on a real or imaginary surface

Mv= dφv/dA

where φvis luminous flux and A is the area from which the luminous fluxleaves

Note3 to entry: The luminous exitance is expressed in lumen per square metre ( lm·m-2)

3.12.2中文翻译及整理

术语名称：光出射度

理论定义：相对于真实的或假想的表面上一个点的面积的出射光通量密度

数理公式：Mv= dФv/dA

公式注释：式中，Фv是光通量，A是其上出射光通量的面积。

定义附注3：光出射度由流明每平方米表示 ( lm·m-2)

3.12.3 分析讨论

1）“光出射”既可以是固体光源真实表面的光出射或者是气体光源内部某真实截面的光出射，也可以是例如不存在光源的真空空间中其它外来光穿过某假想截面的光出射。因此，理论定义中可分别体现两种情形：①真实表面或截面；②假想“截面”。

2）本数理公式Mv= dφv/dA与“光照度”数理公式Ev= dφv/dA，一个是关于“出射光”，一个是关于“入射光”，符号不同但实质一样。上述“照度”分析及建议基本相同，不赘述。

3.12.4本文建议

1）建议理论定义由“density of exiting luminous flux with respect to area at a point on a real or imaginary surface”修改为“exiting luminous flux element with respect to a area element at a point on/of a real surface or a real sectional area, or in a imaginary sectional area in space”（光源真实表面或截面上，或者空间假想截面中一个面元点上的出射光通量）

2） 建议公式注释由“where φvis luminous flux and Ais the area from which the luminous flux leaves.”修改为“where dφvis luminous flux element and dAis the area element or elementary sectional-area from which the luminous flux leaves.”（式中dφv是光通量束元，dA是其上出射光通量的面元）

3）建议定义附注3中删除“lumen per square metre ( lm·m-2)”，由“ Note3 to entry: The luminous exitance is expressed in lumen per square metre ( lm·m-2)”改为与“光照度”实质相同的“勒克斯”（或类似名称）“Note 3 to entry: The luminous exitanceis expressed in lux (lx)”（注3：光出射度由lux表示，单位lx) ，

4）建议新增定义注释：其内容是实际应用中采用“平均光出射度”，公式为Mv=φv/A，建议新设一个与照度相同的单位“勒克斯”且lx= lm·m-2（并注明无论整个表面出射度是否均匀，结果最终统一到假设整个表面均匀分布情况下的）。

3.13术语“亮度”（845-21-50）

3.13.1 标准原文

luminance

density of luminous intensity with respect to projected area in a specified direction at a specified point on a real or imaginary surface

LV=

where IV is luminous intensity, A is area and αis the angle between the normal to the surface at the specified point and the specified direction

Note 8 to entry: The luminance is expressed in candela per square metre (cd·m-2= lm·m-2·sr-1).

3.13.2中文翻译及整理

术语名称：亮度

理论定义：真实的或假想的表面上的指定点在指定方向的投影面积上的光强密度

数理公式：LV=

公式注释：式中 IV 是光强度，A是面积，α是指定点上的面积A的法线与指定方向的夹角

定义附注8：亮度单位为坎德拉每平方米(cd·m-2= lm·m-2·sr-1)

3.13.3分析讨论

1）理论定义、公式注释、定义附注8都是基于大“面积”的，而数理公式是基于微小“面元”的，它们之间难以对应。

2）“亮度”应该是依托于真实光源（自发光光源，或者非自发光的二次光源），严格来说没有光源及物质依托的宇宙真空中的“假想截面”不可能会反射光的，它只会直接把入射光透射出去，人眼侧向也看不到其空气或真空截面有“亮度”，而当人眼迎头正对透射光观看时，看到的也是远处发出光的真实光源的“亮度”，而不是真空假想截面的“亮度”，例如空气或真空中传输的一束激光只有在其中充入烟雾物质才能看见其光束截面有亮度。所以，“虚构假想的空间”不存在“亮度”概念，为避免模糊和歧义，应删除理论定义中“假想的表面”。

3）数理公式LV= (dIv/dA)·(1/cosα) 在数学上和物理上存在一定问题。

从“光强”（本文第3.8）分析以及最明显的是光强公式Iv= dФv/dΩ与面积A没有关系，也就是说光强Iv不是面积A的函数，也就不存在导数关系。因此，本文认为该数理公式LV= (dIv/dA)·(1/cosα)在物理延伸到数学上是不妥的，不对的。

此外，在数学上，当α=90°时，1/cos90°=1/0，分母为零在数学上是不允许的，在最终明面表达的数理公式不应直接有违背数学要求而没有其它限制说明。同时，在物理上，虽然α=90°方向上很多光源确实可能零光通量（即dIV= 0），先无“光”而后自然有亮度等于零，从物理上说此时“0/0”的结果可以等于0。但也可能有一些光源在 α=90°方向上光通量不为零，即，特别是对于各方向同性均匀发光的“光源”（本文第3.2），在数学上会存在所不允许的1/cos90°=1/0，所以，从物理上来说α=90°方向该数理公式仍然不符合数学要求。这需要深入考虑和实际验证一下，并在定义附注中有所说明一下。

4）与前面的多个术语同理，数理公式表达的是“点”而非“面积A”的“亮度”，建议新增定义附注加以说明。

5）“亮度”术语是最复杂的，也最容易出错的，鉴于本文已篇幅过大，更多内容将另一文章单独分析讨论。

3.13.4本文建议

1）建议理论定义由“density of luminous intensity with respect to projected area in a specified direction at a specified point on a real or imaginary surface”修改为“luminous intensity with respect to projected area element in a specified direction at a specified point on a realsurface”（真实表面上的指定点、指定方向上的投影面积元的光强）

2）建议公式注释中新增对α=90°时的说明。

3）建议综合考虑定义附注8后新增定义附注：其内容是实际应用中采用“平均亮度LvA”，“平均光强IvA”,公式为LvA=(IvA/A)·(1/cosα)，单位坎德拉每平方米且

(cd·m-2= lm·m-2·sr-1)（并注明无论整个表面亮度分布是否均匀，获得的结果都统一到假设整个表面均匀分布情况下的国际单位制）。

4 结束语

IEC60050.845：2020《国际电工词汇第845部分：照明》国际标准中包含了最基础光学物理量术语以及几乎概括了所有光学包括照明词汇的术语定义、公式及注释等，是非常重要的源头国际标准，本文在紧接每个术语的分析讨论给出了修改建议。该标准中与上述光度学术语所分别对应的辐射度、光子度学等相关术语（只是其领域分支不同，而定义、公式注释等除了符号下标外基本相同）可能存在同样问题。此外的其它术语有待后续分析探讨，希望这个非常重要的光学术语国际标准能尽快完善。

参考文献

1.IEC60050.845:2020《International electrotechnical vocabulary（IEV） Part 845: Lighting》

2.IEC60050.845:1987《International electrotechnical vocabulary（IEV） Part 845: Lighting》

3.ISO 31-6:1992《Quantities and units-part 6: light and related electromagnetic radiation》

4.CIE 127:2007 《MEASUREMENT OF LEDS》

作者简介

李自力，广东产品质量监督检验研究院 教授级高工。1988年毕业于电子科技大学五系物理电子光电专业硕士研究生。拥有3年集成电路微细加工设备研发经历，8年大型国有电光源企业研发经理和品管经理经历，8年个人帮多个企业扭亏和新建厂的“交钥匙”系统工程经历，10年大型照明CCC检测实验室主任经历，5年广东省市场监管局缺陷产品召回管理中心主持日常工作负责人经历，4年国际电工委员会IEC智能照明标准制定工作组专家经历。多次参加国家“863”及国家重大研发计划“战略性先进电子材料”重大专项评审以及作为几名骨干专家参加历次国家认监委CCC强制性认证照明实验室的专项核查等。是国家科技部、工信部等多个部委专家库专家。牵头成立广东省照明学会并兼任两届秘书长。进入广东省委组织部高层次人才库。