坎德拉作為國際單位製中七個基本單位之一，是唯一基於人類視覺生理特性的物理量單位，將主觀的光亮感知轉化為客觀的、可重複測量的科學標準。本文簡單介紹了發光強度的單位——坎德拉。

坎德拉的定義演變與科學基礎

曆史定義的發展曆程

坎德拉的定義經曆了三個重要發展階段。最早可追溯到19世紀末，各國采用不同規格的蠟燭作為發光強度標準，如英國燭光、德國燭光等，存在明顯差異。1948年第9屆國際計量大會確立了第一個國際通用的坎德拉定義：在101325帕斯卡壓力下，處於鉑凝固點溫度（2042K）的黑體，在1/60平方厘米表麵積垂直方向上的發光強度。

2019年國際單位製修訂後，坎德拉采用了基於基本物理常數的定義方式。新定義將坎德拉與千克、秒、米等基本單位直接關聯，使發光強度的測量不再依賴具體實物基準。這一變革標誌著坎德拉測量進入了量子時代，實現了更高精度和穩定性。

視覺生理學基礎

坎德拉的定義緊密依賴於人眼的視覺特性。人眼對不同波長光的敏感度不同，國際照明委員會（CIE）製定的標準光度觀察者函數精確描述了這一特性。在明視覺條件下（亮度大於3cd/m²），人眼對555納米波長的綠光最敏感，將其靈敏度定義為1。隨著波長向藍端或紅端移動，靈敏度逐漸降低，如對450納米藍光的靈敏度降至0.038，對650納米紅光的靈敏度為0.107。

這種視覺特性通過光度函數V(λ)量化，將物理輻射功率轉換為光通量。最大光視效能K_m=683流明/瓦特對應於555納米光，其他波長的光視效能K(λ)=K_m·V(λ)。這種轉換關係使坎德拉成為連接物理輻射與視覺感知的橋梁。

坎德拉與其他光度量單位的關係

坎德拉的實際應用與測量方法

國家基準的建立與量值傳遞

各國計量院通過絕對輻射計實現坎德拉基準。低溫輻射計測量激光輻射功率的不確定度可達10⁻⁵量級，結合V(λ)濾光片模擬人眼響應，將輻射度轉換為光度。中國計量科學研究院建立的坎德拉國家基準相對不確定度為2.1×10⁻⁴，達到國際先進水平。

量值傳遞通過標準燈實現。一組特製鎢絲燈在特定電流下產生穩定的發光強度，通過精密電測和溫度控製，不確定度可達0.3%。近年來LED標準燈發展迅速，具有壽命長、穩定性高的優勢，正逐步替代傳統白熾燈。

工業測量與質量控製

照明行業使用分布光度計測量光源的發光強度分布。根據IESNA LM-79標準，測試距離需滿足點光源條件（距離>5倍光源尺寸），測量不同方向的光強值並繪製配光曲線。汽車前照燈測試是典型應用，ECE法規要求近光截止線區域亮度不超過0.7坎德拉，確保行車安全。

顯示行業使用亮度計測量屏幕亮度，以cd/m²為單位。手機屏幕亮度通常為500-1000cd/m²，HDR電視峰值亮度可達4000cd/m²。測量時需控製環境光影響，使用小孔徑探頭保證測量準確性。

各領域對坎德拉測量的具體要求

照明工程標準

道路照明根據坎德拉值確定燈具配置。CIE 115:2010標準規定，快速路需要維持1.5cd/m²的平均亮度，均勻度不低於0.4。體育館照明要求垂直照度充足，電視轉播場地需達到1400勒克斯的照度水平。

建築照明中，不同功能區域有相應亮度要求。辦公室工作麵亮度標準為100-300cd/m²，美術館展牆亮度限製在150cd/m²以內以保護藝術品。這些標準都建立在坎德拉測量的基礎上。

安全與顯示應用

激光產品安全等級根據可達發射極限劃分，1類產品限值為0.39坎德拉。汽車顯示屏反射亮度需控製在1-10cd/m²範圍內，防止夜間駕駛眩光。飛機儀表盤亮度可調範圍1-1000cd/m²，適應不同光照條件。

影視行業使用坎德拉測量拍攝環境亮度。電影拍攝時，主體麵部亮度通常維持在100-500cd/m²，背景亮度根據需要調整。這些應用都依賴精確的坎德拉測量保證效果和質量。

測量不確定度分析與質量控製

主要不確定度來源

坎德拉測量不確定度主要來源於多個方麵：標準燈定標不確定度包括標準器本身和傳遞過程誤差，典型值0.3-0.5%；距離測量誤差影響顯著，距離誤差1%導致光強測量誤差2%；對準偏差導致方向偏離，需使用激光對準係統控製。

環境因素也會引入不確定度：雜散光影響需通過擋屏抑製，高質量暗室雜散光低於0.1lx；溫度波動影響光源輸出，實驗室需控製溫度變化在±1℃內；電源穩定性要求優於0.01%，使用穩壓穩流電源保證穩定性。

質量控製措施

建立完善的質量控製體係至關重要：定期進行儀器校準，分布光度計每年校準一次；期間核查使用穩定性好的核查標準，每月驗證係統性能；實驗室比對參與國際計量局組織的比對活動；測量係統分析評估重複性和再現性。

人員培訓與考核保證操作規範，所有測量人員需持證上崗。測量環境嚴格控製，溫度23±2℃，濕度50±10%，避免振動和電磁幹擾。這些措施確保測量結果的可靠性和可比性。