什么是光通量和光强度？光源的光通量和光强度怎么测量？

什么是光通量和光强度？光通量是计量光源被人眼所观察时呈现的光功率，光通量的单位为lm（流明）。发光强度是在给定方向上的单位立体角内光源所发出的光通量，发光强度的单位为cd（坎德拉）。那么，光通量和光强度什么关系？光源的光通量和光强度怎么测量？本文为大家做了介绍。

什么是光通量和光强度？

1.光通量

光通量亦称“光流”。人的眼睛所能感觉的光辐射功率，它等于单位时间的光辐射能量和相对视见率的乘积。由于人眼对不同波长的光的相对视见率不同，所以不同波长的光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。例如，当波长为0.555微米的光与波长为0.65微米的光辐射功率相等时，前者的光通量为后者的10倍。光通量的单位为流明。不计相对视见率的辐射通量单位为瓦。

2.光强度

表示光源在一定方向范围内发出的可见光辐射强弱的物理量。以光源发射的光通量除以空间的总立体角4π，就是该光源的平均发光强度。以光源（或光源的一部分发光面）在某一方向上“立体角元（dω）”内所发射的光通量除以该“立体角元”，就是光源在这一方向的发光强度。发光强度的单位为坎德拉。不计相对视见率的光源的辐射强度是单位立体角中全部辐射通量，单位为瓦特/球面弧度，其中球面弧度是立体角的单位。

光通量和光强度的关系：

由于人眼对等能量的不同波长的可见光辐射能所产生的光感觉是不同的，因此按人眼函数V（λ）来评价的辐射通量Φ（λ）即为光通量Φ，即：

式中：Km为明视觉的最大光谱光视效率函数，亦称为光功当量，它表示人眼对波长为555nm处光辐射产生光感觉的效能，按国家实用温标IPTS-168的理论计算，其值为680lm/w。

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。

光源的光通量和光强度测量方法：

1.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。

测量光源总光通量的方法有绝对法和相对法两种。绝对法是测量光源发光强度的空间分布，再出此计算得出光源的总光通。这种方法原则上对任何种类的光源均适用且能达到高准确度，但是测量和计算都较为费时费力。相对法是将被测光源与总光通量己知的标准光源进行比较而求得总光通量的方法，常用的测量仪器是积分球。这种方法的测量和计算都简单易行，因而被广泛采用，在测量光源的光通量时，采用相对法，利用积分球进行测量。下面将为大家进行介绍。

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。

2.光源发光强度的测量方法

发光强度是物理学中重要的研究参数之一，如下图所示，其定义为光源在某一规定空间方向上的立体角dΩ所对应面元dA具有的光通量dΦ与此空间所规定立体角的比值。图中S表示辐射光源，n表示的是对应面元dA的法线方向，它与S在此空间的辐射方向存在一角度为θ，R表示S距其辐射方向与dA交点的长度。发光强度可用公式表示为：I=dΦ/dΩ。

照度是用来描述某一接受面照明程度大小的物理量，其定义为：

立体角可表示为dΩ=dA/R2，由式I=dΦ/dΩ有：

把上面照度计算式代入发光强度计算式，可得：

由照度计算时E=I/R2可变形为下式，下式被广泛用来测量光源的发光强度。

上式并不适合任何光源发光强度的测量，其测量前提是，光源可以看作为一点光源。例如，LED光源，由于LED不可以认为是一个点光源，而且在测量时仪器测量的照度值为照度计灵敏面上的照度，非面元上均匀的照度值。上式并不适用于LED的发光强度测量，为回避物理学定义，利用上式测量的LED发光强度值称为LED平均发光强度。