摘要：自然界中最基本的七個物理量（時間、長度、質(zhì)量、溫度、電流、光強、物質(zhì)的量）中的光學(xué)基本物理量為“光強”（發(fā)光強度），其它重要的導(dǎo)出物理量“光通量”“照度”“光出射度”“亮度”則由“光強”而來。這些光學(xué)術(shù)語在國際電工委員會的系列標(biāo)準(zhǔn)IEC 60050《國際電工詞匯》中的IEC60050.845：2020《International electrotechnical vocabulary（IEV） Part 845:Lighting》（國際電工詞匯 第845部分：照明）進(jìn)行了定義。作為國際標(biāo)準(zhǔn)定義的最基礎(chǔ)物理量術(shù)語是全球須遵循的共識，其重要性不言而喻，理應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確。然而卻出現(xiàn)了較多模糊不清晰、不妥和錯誤，可能對光學(xué)界產(chǎn)生不良后果。（相關(guān)對應(yīng)的輻射強度、光子強度等也有相同的問題，這里不再贅述）

引言

人類社會需要標(biāo)準(zhǔn)化來規(guī)范各領(lǐng)域各方面的行為，標(biāo)準(zhǔn)化是人類文明進(jìn)步的重要標(biāo)志。如果沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化，世界將是混亂的。國際上有三大標(biāo)準(zhǔn)化組織，其一為成立于1865年的《國際電信聯(lián)盟（ITU）》；其二為成立于1906年的《國際電工委員會（IEC，International Electrotechnical Commission）》；第三為成立于1947年的《國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）》，這三大標(biāo)準(zhǔn)化組織的主要活動是制定國際標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)調(diào)世界范圍的標(biāo)準(zhǔn)化工作，組織各成員國和技術(shù)委員會進(jìn)行情報交流，以及與其他國際組織進(jìn)行合作，共同研究有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化問題，這三大組織之間針對領(lǐng)域分工有所側(cè)重。可見《國際電工委員會》是極其權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)化組織機構(gòu)。

自然界有最基本的七個物理量（時間、長度、質(zhì)量、溫度、電流、光強、物質(zhì)的量），其中“光強”（發(fā)光強度）是光學(xué)領(lǐng)域的基本物理量，由“光強”而來的“導(dǎo)出物理量”有“光通量”“照度”“光出射度”“亮度”等，對這些光學(xué)最基礎(chǔ)的物理量術(shù)語進(jìn)行定義的最新2020年版國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60050.845：2020《International Electrotechnical vocabulary（IEV）Part 845:Lighting》（國際電工詞匯 第845部分：照明）是全球光學(xué)領(lǐng)域應(yīng)遵循的共識，其重要性不言而喻，作為“亮點”它補全了該標(biāo)準(zhǔn)早期1987版本中以“數(shù)理公式”代替“定義”以及國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO 31-6:1992版《量和單位 第6部分：光及有關(guān)電磁輻射》中所沒有的“定義”，也細(xì)化了很多方面。但是術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的定義等應(yīng)該表達(dá)的既簡要概括全、又更要嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，如果出現(xiàn)混淆模糊不清，甚至原則性錯誤，則后果嚴(yán)重。然而，作者經(jīng)深入研究，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中的這些術(shù)語定義出現(xiàn)了很多不嚴(yán)謹(jǐn)、不清晰、不妥和錯誤。限于篇幅，這里只分析探討該標(biāo)準(zhǔn)中光度學(xué)最重要的基本物理量“發(fā)光強度”（以下簡稱光強，并且本文不涉及對應(yīng)的輻射強度、光子強度等術(shù)語相同錯誤，其它物理量問題另文探討）。 

2 光學(xué)基本物理量“光強”術(shù)語定義的標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確的前提是可溯源，因此需要嚴(yán)謹(jǐn)、再嚴(yán)謹(jǐn)，特別是被溯源的源頭術(shù)語。ISO 31-6:1992年《量和單位 第6部分：光及有關(guān)電磁輻射》沒有給出定義和公式，備注只描述了“光強是基本量之一”。而更早的IEC60050.845：1987年版中“光強”術(shù)語中把定義簡化為對公式的解釋，最新的IEC60050.845：2020對光學(xué)物理量術(shù)語的定義等方面描述全面，然而該標(biāo)準(zhǔn)中這些源頭術(shù)語也同樣存在不同程度的不妥和錯誤。

3 IEC60050.845:2020標(biāo)準(zhǔn)“光強”術(shù)語錯誤的分析探討

3.1術(shù)語“光強”（845-21-045）

3.1.1標(biāo)準(zhǔn)原文

Luminous intensity

Density of luminous flux with respect to solid angle in the specified direction.

Iv = dФv/dΩ

WhereФv is the luminous flux emitted in a specified direction, and Ω is 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·m^-2·sr^-1)

3.1.2 中文翻譯

術(shù)語名稱：光強

理論定義：相對于指定方向上立體角的光通量密度 

數(shù)理公式：I v= dФv/dΩ

公式注釋：其中，Фv是指定方向上發(fā)射的光通量，Ω是包含該方向的立體角

定義附注1：為了現(xiàn)實中獲得該量，把“點源”近似作為“源”

定義附注5：發(fā)光強度單位為“坎德拉”(cd = lm·m^-2·sr^-1)

3.10.3分析討論

1）理論定義描述的是“面”問題，數(shù)理公式講的是“點”問題，公式注釋解釋的是“面”問題，定義附注5講的是大“角”和大“面”問題，它們之間所描述的問題不一致。

2）由數(shù)理可知，當(dāng)立體角Ω大小變化時，光通量Ф_v也隨之單調(diào)變化，Ф_v是Ω的可導(dǎo)函數(shù)時，以定義中的指定方向為中心軸線的微小立體角增量取極限得到導(dǎo)數(shù)I_v= dФ_v/dΩ，即獲得“光源”上該點在指定方向上的“光強”。微小立體角趨于零（即dΩ），也就是說定義的“光強”幾乎就是指定方向這一根中心軸線光線形成的光強，因此，“光強”定義不能描述為“......光通量（立體角）密度”，而如果要表達(dá)“......光通量角密度”應(yīng)該用公式I_v =Ф_v/Ω，這時“光強”也可稱為“平均（立體角）光強”，請參考術(shù)語“平均LED強度”。

3）因為公式I_v= dФ_v/dΩ 的分母中沒有出現(xiàn)面積符號“A”，光強與發(fā)光面積沒有直接關(guān)系，此外，“定義附注1”的內(nèi)容反過來說就是自然界中一定具體尺寸的實際“點源”需拉長測量距離來近似模擬理論上的術(shù)語“光源”，這和“點源”定義一起就反證了即使近距離觀看，“光源”也是尺寸非常非常小，而其上的一個“實點”尺寸更趨近于零，反證了“光強”是有關(guān)于“光源”上一個“實點”的，“光強”定義與發(fā)光面積沒有直接關(guān)系。因此“光強”定義也不能描述為“.......光通量（面）密度”。

3）定義附注5中光強單位用坎德拉表示且有（cd = lm·m^-2·sr^-1），而cd = lm·m^-2·sr^-1有“單位面積、單位球面度的光通量”的意思。

①“每單位面積的光通量”似乎是“光通量（面）密度”概念。這里再舉例“平均LED強度”術(shù)語，它其中指明是引用國際照明委員會出版物CIE127:2007《LED測量》（行業(yè)非常重要的標(biāo)志性出版物，也常稱為標(biāo)準(zhǔn)）。術(shù)語名中沒有“光”字，卻使用與“光強”相同的單位candela，這說明它是“光強”的一種。限于篇幅，這里只簡述其中“條件A”的“平均LED強度I_LED,A”（此處錯誤，與CIE 127搞反了）定義的內(nèi)容“距離LED發(fā)光二極管頂端并在機械軸上100mm處的100mm²圓孔（孔徑11.3mm）上的平均照度，......”。LED發(fā)光芯片是有一定面積的，且此距離下的芯片尺寸遠(yuǎn)達(dá)不到面積趨近于零，且每一個LED芯片之間的面積都是不相等的，而定義和實際測量都根本不涉及芯片面積，實際上再加上封裝透鏡后就更無法準(zhǔn)確測得芯片的發(fā)光面積，這就不可能得出芯片“每平米的光通量”或“光通量（面）密度”，所以同一IEC60050.845標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語“平均LED強度”也反證了術(shù)語“光強”定義的“......光通量（面）密度”是錯誤的，綜上所述，應(yīng)刪除cd = lm·m^-2·sr^-1中的“m^-2”。

②再分析“每球面度的光通量”，cd = lm·m^-2·sr^-1中分母含“每球面度”（sr^-1）有“光通量（立體角）密度”意義。從“球面度sr”（845-21-034）的定義中可知，當(dāng)把“平均LED強度”的“條件A”中的球半徑（100mm）作為測量距離時，則對應(yīng)立體角所截取的球面面積為r²=100mmx100mm=10000mm²，可見這比規(guī)定的照度探頭面積100mm²大了100倍，所以“平均LED強度”作為一種“光強”，卻使用比“光強”單位“每球面度光通量”小得多的“立體角”來測量，反證了用大尺寸“立體角”來表達(dá)“光強”至少有點不妥，所以“光強”理論定義應(yīng)不能描述為“......光通量（立體角）密度”。

③“光強”是指定方向為中心軸線的“立體角元”趨近于零（dΩ）的幾乎一條“光線”光通量形成的光強，而“單位球面度”中如此大的“立體角”也就包含了無窮多方向上的無窮多條光線，這也不符合“指定方向”的含義。立體角趨近于零（dΩ）時（“球面度sr”也隨之趨近于零）是“光強”的初衷，國際計量大會批準(zhǔn)的至今常用光強單位坎德拉的等式 cd = lm·sr^-1（每球面度流明）可能有問題。按本標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語“流明”（845-21-084）光通量國際單位是“流明”是“一個1cd光強的均勻點源發(fā)射的、在1個單位立體角內(nèi)的光通量”并且它是延續(xù)了在“the 9^th general conference of weights and measures(1948)”（1948年第9屆國際計量大會）上批準(zhǔn)的。其重點是“均勻點源”它在各方向發(fā)出的光通量大小與球面度大小的比值是恒定不變的，即在任何方向的光強都是“1cd”。嚴(yán)格來說，自然界大多數(shù)光源為各向異性非均勻發(fā)光的光源，特別是對于投光燈類投射角度非常窄的光源，光強單位坎德拉的等式 cd = lm·sr^-1是否能正確或正確使用？為了便于理解，舉“電流密度J =電流強度I/截面積S”為例，例如“J = 1安培/1平方分米= 100安培/1平方米”是在這1平方米中的電流強度均勻分布時成立，對于非均勻分布的，以測得的局部密度來替代考核的整個截面密度是不正確的。同理，只有各方向光通量均勻分布的“光源”，cd = lm·sr^-1才成立，而現(xiàn)實自然界中很多是非均勻各向異性光源。所以，應(yīng)刪除錯誤的定義附注5中的( cd = lm·m^-2·sr^-1)表達(dá)式，甚至對長期以來定義解讀為“流明每球面度”的光強( cd = lm·sr^-1)也應(yīng)好好重新考慮完善。

4）無論是“自發(fā)光光源”、或者是自身不發(fā)光而靠反射或透射光的“二次光源”，只要有出射“光”，就有“光強”。公式注釋中“Ф_v光通量”使用了“emited（發(fā)射的）”，而術(shù)語“光通量”本身的公式注釋中“Where Qv is the luminous energy emitted, transferred or received,......”，實質(zhì)相當(dāng)于“光通量Ф_v”的“光能量Qv”卻使用了“emitted, transferred or received”，相同物理意義卻前后所用的單詞出現(xiàn)模糊不清甚至歧義。

3.1.4建議

1）建議理論定義由“Density of luminous flux with respect to solid angle in the specified direction.”改為“luminous flux emitting and/or transferring in a solid angle element which approached to zero and contained the specified direction at a point of a surface of a light source”（光源上的一點向指定方向上、在包含該方向且趨于零的立體角元內(nèi)發(fā)射和/或轉(zhuǎn)移的光通量）。

2）建議公式注釋由“WhereФv is the luminous flux emitted in a specified direction, andΩ is the solid angle containing that direction.”改為“Where  dФv is the luminous flux emitted and/or transferred in a specified direction, and dΩ is the solid angle element which  containing that direction.”（其中，dФ_v是向指定方向上發(fā)射的和/或轉(zhuǎn)移的光通量，dΩ是包含該方向的立體角元）。

3）建議刪除定義附注5中的( cd = lm·m^-2·sr^-1)，修改為“Note 5 to entry: The luminous intensity is expressed in candela”（注5：發(fā)光強度單位為“坎德拉”）。

4）建議重新考慮完善長期以來被國際權(quán)威機構(gòu)所定義使用的 cd = lm·sr^-1問題，并對cd = lm·sr^-1的使用條件進(jìn)行限定說明或者完善。

4 總結(jié)

    IEC60050.845：2020《International electrotechnical vocabulary（IEV） Part 845: Lighting》（國際電工詞匯 第845部分：照明）國際標(biāo)準(zhǔn)定義的最基礎(chǔ)物理量術(shù)語是全球須遵循的共識，幾乎概括了所有光學(xué)包括照明詞匯的術(shù)語定義，是非常重要的源頭國際標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)該準(zhǔn)確無誤，然而該標(biāo)準(zhǔn)的上述光度學(xué)術(shù)語以及對應(yīng)的輻射度、光子度學(xué)等術(shù)語都存在上述類似不妥和錯誤。此外，可能還存在其它術(shù)語的不妥和錯誤，有待后續(xù)分析探討，希望這個非常重要的光學(xué)術(shù)語國際標(biāo)準(zhǔn)能盡快完善。