什么是光通量和光亮度？光源光通量和光亮度怎么测量？

什么是光通量？什么是光亮度？光通量是指光源在单位时间内发出的光量，单位为lm；而光亮度是指发光体在某方向发出的光通量密度，它表明了光通量在空间的分布状况。那么，光源光通量和光亮度怎么测量？本文对光通量和光亮度的含义及它们的测量方法做了介绍，对此感兴趣的朋友可以了解一下！

什么是光通量？

1.光通量的定义

光通量Ф：度量光源在单位时间内向某立体角内辐射的相对视见率的光能量，即人眼所能感觉到的光的辐射功率（辐射能量流速率）的物理量。

Φ=I·Ω

即单位时间某立体角内的光辐射能量与相对视见率的乘积，亦即单位时间某立体角内各波段的辐射能量与该波段相对视见率的乘积之和。

2.光通量的单位

（1）光通量的单位为流明lm（lumen）：发光强度为1cd且各方向发光强度均相同的点光源，在1球面度的单位立体角内所发射出的光通量为1流明=1坎德拉·球面度，即1lm = 1cd·sr。

1cd点光源的总光通量为4π流明（因空间立体角共有4π球面度）。

若光源为均匀发光体，则该光源总光通量中Φ总为：

Φ=Ι·Ω=4π·Ι

（2）由于人眼对不同波长之光的相对视见率不同，故此不同波长之光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。

例如，波长555nm与650nm之光的辐射功率相等时，前者为后者光通量的10倍。

（3）不计相对视见率的辐射通量的单位为瓦（W）。

若某光源仅辐射555nm波长的光能，且辐射能量为1瓦，则该光源所发出的光通量为683流明。（因1cd为1/683W/st，所以1W相当于683cd·sr即683lm）。

显然实际光源辐射的光谱绝非单一波长，而非555nm波长之光的视见函数又小于1，所以实际光源的光通量一般远比683lm为小。

什么是光亮度？

亮度是指发光体（不只是电源，其他受照物体对人眼来说也可看作间接发光体）在人眼视线方向单位投影面积上的发光强度（是发光体在某方向发出的光通量密度，它表明了光通量在空间的分布状况），称为该发光体的表面亮度，以符号L表示，单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。该发光体表面法线方向的发光强度为I，而人眼视线与发光体表面法线相交的角度θ，因此视线方向的发光强度Ig=Icosθ。而视线方向发光体的投影面Aθ=Acosθ，其中A为发光体的面积，因此可得出发光体在视线方向的亮度为：

式中Lθ——发光体沿θ方向的表面亮度（cd/m2）；

Iθ——发光体沿θ方向的发光强度（cd）；

Acosθ-—发光体在视线方向的投影面（m2）。

这就说明了发光体的亮度值实际上与人眼的视线方向无关。亮度的概念对于一次光源和被照物体是同等适用的，亮度是一个客观量，但它直接影响人眼的主观感觉。晴天天空的亮度为（0.5~2）×104cd/m2；白炽灯灯丝的亮度约为（300~1400）×104cd/m2；荧光灯管的表面亮度为（0.6~0.9）×104cd/m2。

光源光通量的测量方法：

光源的发光强度是光度学中的基本量，而且由发光强度可以导出其他光度量。但要表征光源的特性，单以光源的发光强度来表示是不完全的，这是因为一般光源在各个方向上的的发光强度并不一致，故只有用总光通量来说明更为合适。

对各向同性的点光源，其光通量Φ=4πI，所以只要测得发光强度，乘以4π，即为光通量Φ。但是实际光源都有一定的尺寸，而且在各个方向上又不均匀，故不能用Ф=4πI计算得到。

光通量的测量方法：在积分球内用已知光通量的标准灯与被测灯作比较测量，从而定出被测灯的光通量。

用积分球测量光通量，通常采用比较法（代替法），为此需要光通量标准灯。先将标准灯（其光通量为Φs）放入积分球内，点燃后，在窗口测得的照度Es应符合下列式子：

放入待测灯点然后，可测得的照度为Ec为：

比较以上两个式子，可得待测灯的光通量为：

采用比较法测量光通量可以大为减少由球壁漫反射层的不均匀性、球壁涂料和窗口材料的非中性（即涂料的漫反射比和窗口的透射比与波长有关）等因素造成的影响，但是不能消除由于标准灯的尺寸和结构与待测灯的不相同而造成的对球内壁漫射光的吸收情况不同的影响，也不能消除标准灯与待测灯的相对光谱功率分布及空间分布不同产生的影响等等，在测量时应考虑采取修正的办法。

光源亮度的测量方法：

一般光源的光亮度不仅与测量方法有关，而且与表面的位置有关。为了测量方便，常在发光面前加一光阑，以测定光阑所限制部分的发光面在水平方向的光亮度。如需要测定发光面其他部分的光亮度，可以改变光阑和探测器的位置。

1.直接测量光照度来确定光源的亮度

如上图所示，光源面积为B，光阑离光源ab很近时，则光源ab向探测器S发出的光通量大约等于在光阑处面积为B的光源向S发出的光通量。如光阑孔的尺寸比距离r小很多，则s上的照度为：E=LB/r2。

测出光照度E和距离r，光亮度L即可确定为：L=Er2/B。

当光源为带状或线状时（如钨带灯或直线钨丝灯），光阑的主要作用是限制发光体的高度，这时光源的亮度由上图可得：

式中，r1、r2分别为探测器S与光阑D以及探测器S与光源ab间的距离；h为光阑的高度；W为发光面的宽度。

2.由光源成像的光照度来确定光源亮度

这种方法可以用于测量不可接近的发光体（如高温发光体）和光照度很低的情况。

如上图所示，若发光面积A1经过透镜D成像为面积A2。发光面及其像与透镜D的距离分别为r1和r2，S为透镜D的面积，τ为透镜的透射比。如果r1和r2比A1和A2的尺寸大很多，则发光面向透镜D发射并透过D的光通量为：

像的照度为：

由透镜的成像关系得：

所以亮度为：