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(shù)，其中光通量是計量光源被人眼所觀察時呈現(xiàn)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(nèi)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，光源輻射通量用來衡量發(fā)光二極管在單位時間內(nèi)發(fā)射的總電磁功率。它通常表示光源在4π空間范圍內(nèi)單位時間所發(fā)出的功率。光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼視覺的那部分，稱為光通量，它是單位時間內(nèi)光源向整個空間發(fā)射的能引起人眼視覺的輻射通量。但人眼對不同波長的可見光的感覺是不同的，為此國際照明委員會（C1E）為人眼對不同波長單色光的靈敏度作了總結(jié)，在亮度為3cd/m2以上的明視覺條件下，歸結(jié)出標(biāo)準(zhǔn)光度觀測者光譜光效率函數(shù)v（λ），它在555nm上有最大值。其中v（λ）為亮度為0.001cd/m2以下的暗視覺條件下的光譜光視效率。

明視覺條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表達(dá)式為：

暗視覺條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表達(dá)式為：

光通量的測量通常有兩種方法，并且通常在明視覺條件下測試。一種是用積分球收集總的輻射量，然后用已知光通量的標(biāo)準(zhǔn)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光源rm處的光照度，可以設(shè)想一個以光源為中心、半徑為rm的球面，球面內(nèi)側(cè)接受的光通量是均勻的，這個球面的面積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，一個發(fā)光強度為1cd的點光源，均勻發(fā)出的光通量為4πl(wèi)m，距離這個點光源1m位置的照度為1lx。距離這個點光源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小面積△A1……△An，測出每個小面積上的照度E1……En，用近似公式計算，即每個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的可見光輻射能所產(chǎn)生的光感覺是不同的，因此按人眼函數(shù)V（λ）來評價的輻射通量Φ（λ）即為光通量Φ，即：

（光通量評價公式）

式中：Km為明視覺的最大光譜光視效率函數(shù)，亦稱為光功當(dāng)量，它表示人眼對波長為555nm處光輻射產(chǎn)生光感覺的效能，按國家實用溫標(biāo)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，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的均勻點光源在單位立體角（1sr）內(nèi)發(fā)出的光通量。

如果光源為點光源，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自于點光源向空間發(fā)射球面波的特性，即點光源在傳播方向某點的輻照度與該點到點光源的距離平方成反比。

在任一錐立體角內(nèi)，假設(shè)在傳輸路徑上沒有光能損失或分束，那么點光源向空間發(fā)出的輻射通量是不變的。然而位于球心的均勻點光源所張開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)光強度均相同的點光源，在1球面度的單位立體角內(nèi)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之光的相對視見率不同，故此不同波長之光的輻射功率相等時，其光通量并不相等。

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

3.不計相對視見率的輻射通量的單位為瓦（W）。

若某光源僅輻射555nm波長的光能，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(dāng)于683cd·sr即683lm）。

顯然實際光源輻射的光譜絕非單一波長，而非555nm波長之光的視見函數(shù)又小于1，所以實際光源的光通量一般遠(yuǎn)比683lm為小。