什么是光通量、光亮度和光照度？光通量、光亮度和光照度是描述光源性能的重要參數(shù)，其中光通量是光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光量，光亮度是單位投影面上的光強(qiáng)，光照度是光通量的表面密度，即單位受光面上的光通量。那么，光通量、光亮度和光照度如何測(cè)量？本文為大家介紹了光通量、光亮度和光照度的測(cè)量方法。

什么是光通量？

光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光量稱(chēng)為光通量，在光度學(xué)中，光通量是從輻射通量導(dǎo)出的量，它明確地定義為能夠被入眼視覺(jué)系統(tǒng)所感受到的那部分輻射功率的大小的量度。單位是流明，符號(hào)為1m，表達(dá)式為：

光源光通量的測(cè)量方法：

光源的發(fā)光強(qiáng)度是光度學(xué)中的基本量，而且由發(fā)光強(qiáng)度可以導(dǎo)出其他光度量。但要表征光源的特性，單以光源的發(fā)光強(qiáng)度來(lái)表示是不完全的，這是因?yàn)橐话愎庠丛诟鱾€(gè)方向上的的發(fā)光強(qiáng)度并不一致，故只有用總光通量來(lái)說(shuō)明更為合適。

對(duì)各向同性的點(diǎn)光源，其光通量Φ=4πI，所以只要測(cè)得發(fā)光強(qiáng)度，乘以4π，即為光通量Φ，但是實(shí)際光源都有一定的尺寸，而且在各個(gè)方向上又不均勻，故不能用Ф=4πI計(jì)算得到。

光通量的測(cè)量方法：在積分球內(nèi)用已知光通量的標(biāo)準(zhǔn)燈與被測(cè)燈作比較測(cè)量，從而定出被測(cè)燈的光通量。用積分球測(cè)量光通量，通常采用比較法（代替法），為此需要光通量標(biāo)準(zhǔn)燈。先將標(biāo)準(zhǔn)燈（其光通量為Фs）放入積分球內(nèi)，點(diǎn)燃后，在窗口測(cè)得的照度Es應(yīng)符合下式，即：

放入待測(cè)燈點(diǎn)燃后，可測(cè)得的照度Ec為：

比較以上二式可得待測(cè)燈的光通量為：

采用比較法測(cè)量光通量可以大為減少由球壁漫反射層的不均勻性、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與波長(zhǎng)有關(guān)）等因素造成的影響，但是不能消除由于標(biāo)準(zhǔn)燈的尺寸和結(jié)構(gòu)與待測(cè)燈的不相同而造成的對(duì)球內(nèi)壁漫射光的吸收情況不同的影響，也不能消除標(biāo)準(zhǔn)燈與待測(cè)燈的相對(duì)光譜功率分布及空間分布不同產(chǎn)生的影響等等，在測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮采取修正的辦法。

什么是光亮度？

一個(gè)面光源，除了可以用發(fā)光強(qiáng)度來(lái)描述它在某一方向上的發(fā)光能力之外，還要知道它每一單位面積在這個(gè)方向上的發(fā)光能力，以便比較兩種不同類(lèi)型光源的明亮程度，這就要用到亮度這個(gè)概念。它表示每單位面積上的發(fā)光強(qiáng)度，即：

亮度的單位為坎德拉每平方米（cd/m²）。上式中的面積，應(yīng)理解為一個(gè)面在觀察方向上的正投影面積。因此，若觀察方向與該面的法線夾角為θ時(shí)，上式將變?yōu)椋?/p>

所以，光源的光亮度可定義為：在表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度除以該面元在垂至于給定方向的平面上的正投影面積。

由于Iv=dΦ/dΩ，則有：

上式是光亮度的較通用的定義式。由該式可知，亮度不僅可用來(lái)描述一個(gè)發(fā)光面，而且還可以用來(lái)描述光路中的任意一個(gè)截面，如一個(gè)透鏡的有效面積、一個(gè)光闌所截的面積或一個(gè)象的面積等。此外，還可以用亮度來(lái)描述一束光，光束的亮度等于這個(gè)光束所包含的光通量除以這束光的橫截面和這束光的立體角。

光源光亮度的測(cè)量方法：

一般光源的光亮度不僅與測(cè)量方法有關(guān)，而且與表面的位置有關(guān)。為了測(cè)量方便，常在發(fā)光面前加一光闌，以測(cè)定光闌所限制部分的發(fā)光面在水平方向的光亮度。如需要測(cè)定發(fā)光面其他部分的光亮度，可以改變光闌和探測(cè)器的位置。

1.直接測(cè)量光照度來(lái)確定光源的亮度

如上圖所示，光源面積為B，光闌離光源ab很近時(shí)，則光源ab向探測(cè)器S發(fā)出的光通量大約等于在光闌處面積為B的光源向S發(fā)出的光通量。如光闌孔的尺寸比距離r小很多，則s上的照度為：E=LB/r2。

測(cè)出光照度E和距離r，光亮度L即可確定為：L=Er2/B。

當(dāng)光源為帶狀或線狀時(shí)（如鎢帶燈或直線鎢絲燈），光闌的主要作用是限制發(fā)光體的高度，這時(shí)光源的亮度由上圖可得：

式中，r1、r2分別為探測(cè)器S與光闌D以及探測(cè)器S與光源ab間的距離；h為光闌的高度；W為發(fā)光面的寬度。

2.由光源成像的光照度來(lái)確定光源亮度

這種方法可以用于測(cè)量不可接近的發(fā)光體（如高溫發(fā)光體）和光照度很低的情況。

如上圖所示，若發(fā)光面積A1經(jīng)過(guò)透鏡D成像為面積A2。發(fā)光面及其像與透鏡D的距離分別為r1和r2，S為透鏡D的面積，τ為透鏡的透射比。如果r1和r2比A1和A2的尺寸大很多，則發(fā)光面向透鏡D發(fā)射并透過(guò)D的光通量為：

像的照度為：

由透鏡的成像關(guān)系得：

所以亮度為：

什么是光照度？

在光接收面上一點(diǎn)處的光照度等于照射在包括該點(diǎn)在內(nèi)的一個(gè)面元上的光通量dФ，除以該面元的面積dS。即：

單位為勒克斯（lux），符號(hào)為lx，當(dāng)1lm的光通量均勻地照射在1m2的面積上時(shí)，這個(gè)面上的光照度就等于1lx，即1lx=1lm/m²。

光源光照度的測(cè)量方法：

照度測(cè)量是最流行的光度測(cè)量形式。一般都用物理照度計(jì)，即用光電探測(cè)器代替人眼的光電式照度計(jì)。

照度計(jì)的測(cè)量原理較簡(jiǎn)單，整個(gè)探測(cè)器所接收的光通量除以探測(cè)器的面積，即為所測(cè)的照度，即E=Φ/A。

由于光電探測(cè)器的光譜靈敏度分布不同于人眼的光譜光視效率V（λ），故一般的照度計(jì)在探測(cè)器前都裝有V（λ）濾光器。一個(gè)照度計(jì)是由帶V（λ）濾光器的光電探測(cè)器及電子放大和讀數(shù)系統(tǒng)所組成。過(guò)去廣泛采用硒光電池為探測(cè)器，這是因?yàn)樗墓庾V靈敏度比其他探測(cè)器更接近人眼的光譜光視效率V（λ）的緣故。但由于硅光電元件的靈敏度、穩(wěn)定性和壽命均較硒光電池為高，故近年來(lái)多采用硅光電池或硅光電二極管代替硒光電池作照度計(jì)的探測(cè)器件。

由于光電探測(cè)器所產(chǎn)生的光電流正比于所接收的光通量，測(cè)量時(shí)須將照度計(jì)的光敏表面與被測(cè)照度的表面重合，并盡量垂直于光的照射方向。所以讀數(shù)系統(tǒng)可直接指示出所測(cè)的照度值。

一般照度計(jì)的測(cè)量精度為10%左右，高精度的照度計(jì)可達(dá)3%～4%。