光通量

光通量1967年法国第十三届国际计量大会规定了以坎德拉、坎德拉/平方米、流明、勒克斯分别作为发光强度、光亮度、光通量和光照度等的单位，为统一工程技术中使用的光学度量单位有重要意义。

为使您了解和使用便利，以下将有关知识做一简单介绍：1. 烛光、国际烛光、坎德拉（candela）的定义在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K获1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1 坎德拉。

并且，烛光、国际烛光、坎德拉三个概念是有区别的，不宜等同。

从数量上看，60 坎德拉等于58.8国际烛光，亥夫纳灯的1烛光等于0.885国际烛光或0.919坎德拉。

2. 发光强度与光亮度发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。

Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。

光源辐射是均匀时，则光强为I=F/Ω，Ω为立体角，单位为球面度（sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。

光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。

对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。

电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。

以下是部分光源的亮度值：单位cd/m²太阳：1.5*10 ；日光灯：（5—10）*10³；月光（满月）：2.5*10³；黑白电视机荧光屏：120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。

3. 光通量与流明光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。

各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，在各色光中，黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。

如果用绿色光作水准，令它的光通量等于辐射能通量，则对其它色光来说，激起明亮感觉的本领比绿色光为小，光通量也小于辐射能通量。

光通量的单位是流明，是英文lumen的音译，简写为lm。

绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305*10³cm²面积上辐射出来的光通量为1lm。

为表明光强和光通量的关系，发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1六名。

一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。

4. 光照度与勒克斯光照度可用照度计直接测量。

光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。

被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。

有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。

例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。

以下是各种环境照度值：单位lux黑夜：0.001—0.02；月夜：0.02—0.3；阴天室内：5—50；阴天室外：50—500；晴天室内：100—1000；夏季中午太阳光下的照度：约为10*9次方；阅读书刊时所需的照度：50—60；家用摄像机标准照度：1400。

这些是光组成的部分；光通量光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量（Φ），其单位为流明（1m）光强一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。

可见光在某一特定方向角内所发射的光的强度就叫做光强，即光强是指在某一特定方向角（w）内所发射的光通量（Φ）。

其单位为坎德拉（cd）,1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量照度照度（E）是光通量与被照射面积之间的比例系数，单位：勒克斯（1X）亮度（L）单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流，单位：尼特（nt）----------------------------------1).光通量（Φ）单位：Im，(流明)2).光强（Φ）单位：cd，(坎德拉)3).照度（E）单位：Ix，(勒克斯)4).亮度（L）单位：nt，(尼特)1m（流明/光通量）= cd（坎德拉/光强）1m/㎡（流明/平米/光通量）=1X（勒克斯/照度1cd/㎡（坎德拉/平米/光强/灰度）=1nit（尼特/亮度）1cd/㎡=1000mcd(毫烛光)、/1nit=1000mcd流明/光通量=坎德拉/光强照度/勒克斯=尼特/亮度光源在单位时间内发出的光量称为光源的光通量，用符号Φ表示，单位为lm（流明）。

它是根据辐射对标准光度观察者的作用导出的光度量。

60W白炽灯的光通量为500lm，普通36W的T8灯管的光通量约为2500lm，28W的T5灯管的光通量为2600lm，70W陶瓷金属卤化物灯的光通量约为6600lm。

有关发光强度、光通量、照度、亮度的简单介绍0、前言光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。

这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。

正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。

1、发光强度（I、Intensity），单位坎德拉，即cd。

定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。

这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。

可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。

发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。

现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。

之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早L ED比较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。

用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。

因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。

很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED手电有用，但可观察角度也受限。

另外，同样的管芯LED，直径5mm的I 值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。

之所以用发光强度来表示手电或LED，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的。

特别的说，距离1m的lx就是cd值。

但是，很多场合下我们需要照射面积大一些，所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的能力。

比如，同样的筒身，换个大头（大反光杯）则I值马上增大许多。

因此，很多情况下我们用光通量（单位流明，见下）来表示手电了。

以上我们说“亮”和“亮度”时带了引号，是因为这是我们常规说的亮度，并非光度学严格意义上的亮度，这一单位后面会展开。

常见光源发光强度（cd）：太阳，2.8E27高亮手电，100005mm超高亮LED，152、光通量（F，Flux），单位流明，即lm。

定义：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量解释：同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。

光源的光通量越大，则发出的光线越多对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4πI。

也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4π =1 2.56 lm。

与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。

要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。

要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。

人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。

对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。

这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。

对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。

对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。

例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。

至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1W的电功率到底能转化成多少光通量。

如果全部转换成555nm的光，那就是每瓦683流明。

但如果有一半转换成555nm的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5流明。

白炽灯能达到1W=20 lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。

测量一个不规则发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。

常见发光的大致效率（流明/瓦）白炽灯，15白色LED，20日光灯，50太阳，94钠灯，1203、光照度（E，Illuminance），单位勒克斯即lx（以前叫lux）。

定义：1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度解释：光照度是对被照地点而言的，但又与被照射物体无关。

一个流明的光，均匀射到1m2的物体上，照度就是1 lx。

照度的测量，用照度表，或者叫勒克斯表、lux表。

事实上，照度是最容易测量的了（相对其它三个量），照度表很便宜就可以买到（几百元）。

为了保护眼睛便于生活和工作，在不同场所下到底要多大的照度都有规定，例如机房不得低于200 lx。

阳光下的照度是自然界里面很大的也很常见的了，为11万lx左右（自己实测）。

我刚才测量了一下，房间是3.8mx6.5m，有12个20W的日光灯管，桌面照度为400勒克司。

常见照度（勒克司）：阳光直射（正午）下，110,000阴天室外，1000商场内，500阴天有窗室内，100普通房间灯光下，100满月照射下，0.24、亮度（L，Luminance），单位尼特，即nt。

定义：单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流解释：这个是最容易被误解的概念了。

亮度是针对光源而言，而且不是对点光源，是对面光源而言的。

无论是主动发光的还是被动（反射）发光的。

亮度是一块比较小的面积看起来到底有多“亮”的意思。

这个多“亮”，与取多少面积无关，但为了均匀，我们把面积取得比较小，因此才会出现“这一点的亮度”这样的说法。

事实上，点光源是没有亮度概念的。

另外，发光面的亮度与距离无关，但与观察者的方向有关。

说一个手电很“亮”，并不是说该手电的亮度高（因为手电是没有亮度概念的），而是说其发光强度大，或者是说被它照射的物体亮。