光通量(Luminous Flux)

定义
光通量是光度学中用于度量人眼可感知光功率的物理量,代表单位时间内光源发出的总光能量,可直观反映光源 “整体有多亮”。其计算原理是通过 ”CIE 标准光视效率函数(V(λ))”对光源的辐射通量进行 “人眼敏感度加权”,从而量化可见光中对人眼视觉有效的能量流率,具体计算公式如下:

$$\Phi_{v}(\lambda)=K_{m}V(\lambda)\Phi_{e}(\lambda)$$

  • $\Phi_{v}(\lambda)$为波长为λ的光通量(单位:lm);
  • $K_{m}$为最大光视效能,标准值为683 lm/W(对应人眼最敏感的 555nm 黄绿色光);
  • $V(\lambda)$为光谱光视效率函数;
  • $\lambda=555nm $时 V (λ)=1,偏离此波长时 $V(\lambda)$逐渐降低(如红光、紫光的 V (λ) 接近 0);
  • $\Phi_{e}(\lambda)$为光源在波长 λ 处的辐射通量(单位:W)。

单位
光通量的国际单位制(SI)单位是流明(lm)。1流明表示发光强度为1坎德拉的均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。其表达公式为: $$1 lm = 1 cd \times 1 sr$$

光通量的测定
根据GB/T 20178-2010《光通量的测量方法》标准,光通量的测量方法可通过以下方法,分别为根据光强分布计算光通量、根据照度分布计算光通量和使用积分球测量光通量。

1.根据光强分布计算光通量

光通量$\Phi$可以通过光强的空间分布得到公式: $$\Phi = \int_{(\Omega)} I \mathrm{d}\Omega$$

其中,$\Omega = 4\pi\ \text{sr}$是总立体角。 光强分布可以用分布光度计测量。

2.根据照度分布计算光通量

已知光源周围空间一个闭合表面A 的照度分布E,可以通过下式得出光通量$\Phi$: $$\Phi = \int_{(\mathrm{A})} E \mathrm{d}A$$ 照度分布能通过分布光度计在光源的球面测量出来。光源不必精确地放置在虚拟球的中心位置, 但是建议将它放在尽可能接近球中心的位置。

3.使用积分球测量

光源的光通量可以在积分球中通过与标准灯的比较测量中得到。在测试的过程中,需将光源和标准灯先后放置在积分球中相同的位置。将测量球体表面的间接照度作为光通量的测量方法。
其中,L为光源;H为带挡屏的辅助灯;S为挡屏;d为球的直径;F为球的光度计探头部分。
注意事项:
1.积分球应有容纳测量的最大光源的足够的直径,光源和球壁之间应有足够的距离来满足多次的漫反射光,并且不受来自光源本身的干扰。
2.球内侧的涂料应无选择性地漫反射,且不应发光。
3.挡屏应放在积分球内,防止光源的光直射到光度计的光探头。
4.球内的所有物件,如挡屏、灯座,都会影响测试结果,因此它们应该越小越好。光源自身也会吸收辐射。
5.光探头的接受面应该是由一种良好的漫反射(透射)材料制成。
6.如果被测灯和标准灯有以下几点相同,则通过替代原理在球形光度计中测量的光通量的结果是正确的: 相同的尺寸和外形、相同的光谱分布、相同的空间分布。 如果被测灯和标准灯有上述一项或几项不同特性,就会出现测量误差。