评价标准光源的光学性能指标有很多,其中常见就有光通量。光通量是光源在单位时间内发射出来的并被人敢知的所有辐射能称为发光通量,简称光通量,单位是流明是lm。这个量是对光源而言的,是描述光源发光总量的大小,与光功率等价。那么,标准光源的光通量是多少?怎么测光源光通量?下文为大家做了介绍。
按照国际照明委员会(CIE)规定,把在标准人眼视觉下,光源表面辐射通量的导出量定义为光通量。在光学中光通量符号用Φ来表示,单位是流明(lm)。光通量和辐射通量之间的关系为:
式中,Km为最大光谱光视效能值,大小为683lm/W;V(λ)为国际照明委员会(CIE)规定的标准光谱光视效率函数;Φeλ为辐射通量的光谱密集度;λ为光谱光视效率。
通俗来讲,光通量为光源导通后发出的光的数量。以人眼感应亮度的能力为衡量指标,光源光通量越大,那么在光源辐射下,人眼感应亮度的能力就越明显。一般来说,不同波长光源的光通量是不相等的。
对于标准光源的光通量,目前还没明确的相关规定。当然如果标准光源的光通量过低,那么光线暗淡,人们的对色效果也不好,反之,标准光源的光通量过高,就会让被测物体表面产生强烈的反射光线,也不利于颜色的观察。所以标准光源的光通量应该保持在合适的范围内。
根据ISO3664:2000对标准光源的相关要求规定,标准光源光照强度必须符合以下条件:
光源通过反射照射在被观察物体表面上的亮度应达到2000Lux(+/-500Lux)。被照表面在1m×1m的范围内,任一点的照度不得低于被照表面中心照度的75%。
光源通过透射照射在被观察物体表面上的亮度应达到1270cd/m2(+/-320cd/m2)
显示器的亮度应达到>75cd/m2。
虽然没有明确指出标准光源的光通量,但是用户可以根据照度要求,反推出标准光源的光通量要求。
光通量的测试主要有两种方法,即分布光度法与积分球法。
分布光度法采用分布光度计测量光源发光强度的空间分布,再由此计算得出光源的总光通量。这种方法原则上对各种光源均适用,且在仪器的角度精度、探测器的精度足够高时,能达到很高的光通量测试精度。但这意昧着昂贵且体积很大的设备,同时长达数小时的测量时间。这些特点,使得分布光度计法测试光源的光通量主要在国家级的计量机构使用,同时主要针对较大功率的传统光源与灯具。
积分球法采用积分球加光度计来实现,即将被测光源与总光通量已知的标准灯进行比较而求得总光通量的方法。这种方法简单易行,在传统光源的测量中被广泛采用。但积分球法测试光通量是建立在多个理论近似的基础上的,即忽略球内任何物体(包括光源本身、支撑杆等)对光线的吸收、球壁开口无限小、球壁处的光度探测器的光谱灵敏度与V(I)完全匹配等。对
于传统光源,由于光通量较大而可以采用较大直径的积分球、发出光的空间分布接近朗伯体、光谱为连续光谱或连续光谱与脉冲光谱的混合光谱,使得光通量测试误差足够小而可以被接受。
照度表示被照面上接受的光的强弱,是单位面积上所得到的光通量。
如果要想求出距离一个光源rm处的光照度,可以设想一个以光源为中心、半径为rm的球面,球面内侧接受的光通量是均匀的,这个球面的面积A为A=4π·r2,照度 E等于光通量除以面积,即E=Фv/A=Фv/4π·r2(lx)。
例如,一个发光强度为1cd的点光源,均匀发出的光通量为4πlm,距离这个点光源1m位置的照度为1lx。距离这个点光源2m位置的照度则为(1/4)1x。
反之,如果已知照度E和被照面积A,也可以求出光通量Фv=EA,光通量等于照度乘以面积。如果被照面积上照度是不均匀的,可把被照面积划分为多个小面积△A1……△An,测出每个小面积上的照度E1……En,用近似公式计算,即每个小面积与其上的照度相乘,再全相加得到光通量。
如果划分的 n 个小面积其面积全相等,则:Фv=A [(E1+……+En)/n]。
这是常用的计算投影机光通量的方法,平均照度乘以投影面积。例如,如果平均照度为10001x,投影面积为3m2,简单相乘可知光通量为30001m。
光度学中最基本的单位是发光强度,单位为坎德拉(cd),它是国际单位制中7个基本单位之一。其定义为555nm的单色辐射在给定方向上的辐射强度为1/683W·sr时,在该方向上的发光强度为1cd。
光通量的单位为流明(lm),它是发光强度为1cd的均匀点光源在单位立体角(1sr)内发出的光通量。
如果光源为点光源,并且是均匀发光体,那么光强(I)与光通量(Φ)符合距离反比平方定律。距离平方反比定律来自于点光源向空间发射球面波的特性,即点光源在传播方向某点的辐照度与该点到点光源的距离平方成反比。
在任一锥立体角内,假设在传输路径上没有光能损失或分束,那么点光源向空间发出的辐射通量是不变的。然而位于球心的均匀点光源所张开的立体角所截的表面积却和球半径的平方成正比,这样在球面上的辐照度就和点光源到该面的距离平方成反比,即:Φ=4πI。