什么是光通量？光通量與光照度、光強度什么關(guān)系？

光通量、光照度和光強度都是描述光源的光度學(xué)的重要參數，其中光通量是計量光源被人眼所觀(guān)察時(shí)呈現的光功率，單位為lm（流明），光照度是單位面元上光源照射的光通量，單位為lx（勒克斯），發(fā)光強度是在給定方向上的單位立體角內光源所發(fā)出的光通量，單位為cd（坎德拉）。那么，光通量與光照度、光強度什么關(guān)系？本文為大家做了介紹。

什么是光通量？

在輻射度學(xué)上，光源輻射通量用來(lái)衡量發(fā)光二極管在單位時(shí)間內發(fā)射的總電磁功率。它通常表示光源在4π空間范圍內單位時(shí)間所發(fā)出的功率。光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼視覺(jué)的那部分，稱(chēng)為光通量，它是單位時(shí)間內光源向整個(gè)空間發(fā)射的能引起人眼視覺(jué)的輻射通量。但人眼對不同波長(cháng)的可見(jiàn)光的感覺(jué)是不同的，為此國際照明委員會(huì )（C1E）為人眼對不同波長(cháng)單色光的靈敏度作了總結，在亮度為3cd/m2以上的明視覺(jué)條件下，歸結出標準光度觀(guān)測者光譜光效率函數v（λ），它在555nm上有最大值。其中v（λ）為亮度為0.001cd/m2以下的暗視覺(jué)條件下的光譜光視效率。

明視覺(jué)條件下，輻射量向光通量的轉化表達式為：

暗視覺(jué)條件下，輻射量向光通量的轉化表達式為：

光通量的測量通常有兩種方法，并且通常在明視覺(jué)條件下測試。一種是用積分球收集總的輻射量，然后用已知光通量的標準燈與被測燈作比較，從而得到被測燈的光通量；另一種方法是用分布式光度計測量被測光源發(fā)光強度的空間分布，計算后得到光通量。

光通量與光照度的關(guān)系：

照度表示被照面上接受的光的強弱，是單位面積上所得到的光通量。

如果要想求出距離一個(gè)光源rm處的光照度，可以設想一個(gè)以光源為中心、半徑為rm的球面，球面內側接受的光通量是均勻的，這個(gè)球面的面積A為A=4π·r²，照度 E等于光通量除以面積，即E=Фv/A=Фv/4π·r²（lx）。

例如，一個(gè)發(fā)光強度為1cd的點(diǎn)光源，均勻發(fā)出的光通量為4πlm，距離這個(gè)點(diǎn)光源1m位置的照度為1lx。距離這個(gè)點(diǎn)光源2m位置的照度則為（1/4）1x。

反之，如果已知照度E和被照面積A，也可以求出光通量Фv=EA，光通量等于照度乘以面積。如果被照面積上照度是不均勻的，可把被照面積劃分為多個(gè)小面積△A1……△An，測出每個(gè)小面積上的照度E1……En，用近似公式計算，即每個(gè)小面積與其上的照度相乘，再全相加得到光通量。

如果劃分的 n 個(gè)小面積其面積全相等，則：Фv=A [（E1+……+En）/n]。

這是常用的計算投影機光通量的方法，平均照度乘以投影面積。例如，如果平均照度為10001x，投影面積為3m²，簡(jiǎn)單相乘可知光通量為30001m。

光通量與光強度的關(guān)系：

由于人眼對等能量的不同波長(cháng)的可見(jiàn)光輻射能所產(chǎn)生的光感覺(jué)是不同的，因此按人眼函數V（λ）來(lái)評價(jià)的輻射通量Φ（λ）即為光通量Φ，即：

（光通量評價(jià)公式）

式中：Km為明視覺(jué)的最大光譜光視效率函數，亦稱(chēng)為光功當量，它表示人眼對波長(cháng)為555nm處光輻射產(chǎn)生光感覺(jué)的效能，按國家實(shí)用溫標IPTS-168的理論計算，其值為680lm/w。

光度學(xué)中最基本的單位是發(fā)光強度，單位為坎德拉（cd），它是國際單位制中7個(gè)基本單位之一。其定義為555nm的單色輻射在給定方向上的輻射強度為1/683W·sr時(shí)，在該方向上的發(fā)光強度為1cd。

光通量的單位為流明（lm），它是發(fā)光強度為1cd的均勻點(diǎn)光源在單位立體角（1sr）內發(fā)出的光通量。

如果光源為點(diǎn)光源，并且是均勻發(fā)光體，那么光強（I）與光通量（Φ）符合距離反比平方定律。距離平方反比定律來(lái)自于點(diǎn)光源向空間發(fā)射球面波的特性，即點(diǎn)光源在傳播方向某點(diǎn)的輻照度與該點(diǎn)到點(diǎn)光源的距離平方成反比。

在任一錐立體角內，假設在傳輸路徑上沒(méi)有光能損失或分束，那么點(diǎn)光源向空間發(fā)出的輻射通量是不變的。然而位于球心的均勻點(diǎn)光源所張開(kāi)的立體角所截的表面積卻和球半徑的平方成正比，這樣在球面上的輻照度就和點(diǎn)光源到該面的距離平方成反比，即：Φ=4πI。

光通量的單位是什么？

1.光通量的單位為流明lm（lumen）：發(fā)光強度為1cd且各方向發(fā)光強度均相同的點(diǎn)光源，在1球面度的單位立體角內所發(fā)射出的光通量為1流明=1坎德拉·球面度，即1lm = 1cd·sr。

1cd點(diǎn)光源的總光通量為4π流明（因空間立體角共有4π球面度）。

若光源為均勻發(fā)光體，則該光源總光通量中Φ總為：

Φ=Ι·Ω=4π·Ι

2.由于人眼對不同波長(cháng)之光的相對視見(jiàn)率不同，故此不同波長(cháng)之光的輻射功率相等時(shí)，其光通量并不相等。

例如，波長(cháng)555nm與650nm之光的輻射功率相等時(shí)，前者為后者光通量的10倍。

3.不計相對視見(jiàn)率的輻射通量的單位為瓦（W）。

若某光源僅輻射555nm波長(cháng)的光能，且輻射能量為1瓦，則該光源所發(fā)出的光通量為683流明。（因1cd為1/683W/st，所以1W相當于683cd·sr即683lm）。

顯然實(shí)際光源輻射的光譜絕非單一波長(cháng)，而非555nm波長(cháng)之光的視見(jiàn)函數又小于1，所以實(shí)際光源的光通量一般遠比683lm為小。