流明是什么?关于流明的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:46:36

流明(符号:lm)是由国际单位制导出的光通量单位,代表一个单位时间内光源发出的可见光总量。光通量不同于功率(辐射通量), 因为辐射通量包括所有发射的电磁波,而光通量则是根据人眼对各种波长的敏感度模型(光度函数)进行加权处理。流明与勒克斯相关,一勒克斯等于每平方米一流明。

流明用坎德拉表示为

1流明(lm)= 1 坎德拉⋅ 球面度 (cd⋅sr)。

一个完整球体的立体角是4π球面度。因此,一个在所有方向均匀辐射一坎德拉的球体光源总光通量为1坎德拉(cd)× 4π球面度(sr) = 4π坎德拉⋅ 球面度 (cd⋅sr) ≈ 12.57流明(lm)。

物理解释

如果一个光源在一个球面度的立体角上均匀地发射一坎德拉,那么发射到该角度的总光通量是一个流明(1cd × 1sr = 1lm)。或者,各向同性单坎德拉光源发出的总光通量正好为4π流明。如果光源被一个理想的吸收半球部分覆盖,那么该系统辐射的光通量只有原来的一半,即2π流明。

流明可以被日常认为是对某一特定光束或角度的可见光总量的测量,或者是从某一光源发出的可见光总量的测量。来自光源的坎德拉或流明的数量也取决于人眼对其光谱的标称响应,如光度函数所示。

流明和勒克斯之间的区别在于勒克斯考虑了光通量扩散的面积。1000流明的光通量集中在一个平方米的区域,其照度为1000勒克斯。同样的1000流明,分布在十平方米的区域,其照度只有100勒克斯。数学上,1勒克斯(lx)= 1流明每平方米(lm/m)。

以眼睛最敏感的绿色光源为例(在光谱区域中波长为555纳米),若其辐射功率为1瓦,则光通量为683流明。所以一流明代表至少1/683瓦的可见光功率,这同时也取决于光谱分布。

照明设备

一个标准的发光二极管能够产生470流明的光通量。它消耗的能量大约是产生同样光通量的白炽灯泡的六分之一。

用于照明的灯通常用流明表示其光输出。

一个23W的螺旋一体式荧光灯发射的光通量大约为1400-1600流明。 许多一体式荧光灯和其他替代光源被标记为等同瓦数的白炽灯泡。下表显示了普通白炽灯泡及其等效物的典型光通量。

不同灯具的等效电力
最小光输出(流明) 电功率消耗(瓦特)
白炽灯(无卤素) 一体式荧光灯 发光二极管
200 25 3-5 3
450 40 9–11 5–8
800 60 13–15 8–12
1,100 75 18–20 10–16
1,600 100 24–28 14–17
2,400 150 30–52 24-30
3,100 200 49–75 32
4,000 300 75–100 40.5

2010年9月1日,欧盟立法生效,规定照明设备必须主要以光通量(lm)而不是电功率(W)来标记。 这一变化是欧盟能源使用产品生态设计指令的结果。例如,根据欧盟标准,一个声称相当于60W钨灯泡的节能灯泡必须具有700-750流明(lm)的最小光输出。

投影仪输出

ANSI流明

投影仪(包括视频投影仪)的光输出通常以流明为单位测量。美国国家标准研究所已经建立了测试投影仪的标准化程序,包括在不同位置进行多次测量并求其均值。出于营销目的,根据本程序测试的投影仪光通量可以用“ANSI流明”来注明,以区别于其他方法测试的投影仪光通量。ANSI流明测量通常比投影仪行业中使用的其他测量技术更精确。这使得投影仪可以根据其亮度规格被更容易地进行比较。

ANSI流明的测量方法于1992年定义在IT7.215文件中。首先,投影仪被放置在25摄氏度的室内,调整投影仪的亮度和对比度,使得在全白场屏幕中,可以区分95%峰值白色内5%的屏幕区域块和位于白场中心的两个大小相同的100%和90%的峰值白色框,然后在屏幕周围九个特定位置测量光输出并取平均值。最后将平均值乘以屏幕面积,以“ANSI流明”表示投影仪的亮度。

峰值流明

峰值流明通常用于阴极射线管视频投影仪的光输出量度。测试方法通常是设置屏幕中心10%或20%的区域为白色,其余为黑色。光输出就在这个中心区域测量。阴极射线管视频投影仪的局限性导致它们在只有一小部分图像内容处于峰值亮度时能够产生更大的亮度。例如,索尼VPH-G70Q阴极射线管视频投影仪可以产生1200个“峰值流明”,但只有200个ANSI流明。

彩色光输出

亮度(白色输出)测量的是以流明为单位的光总量。颜色亮度测量的是红色、绿色和蓝色分别在九点网格上的光输出,其测量方法与亮度测量方向相同。

国际单位制光度单位

国际单位制光度物理量
物理量 单位 注释
名称 符号 名称 符号
光能 Qv 流明⋅秒 lm⋅s 流明秒有时被称为塔尔博特(Talbot)。
光通量或发光功率 Φv 流明 lm 单位时间内由光源所发出或由被照物所吸收的总光能。
发光强度 Iv 坎德拉 cd 光源在给定方向上,每单位立体角内所发出的光通量。
亮度 Lv 坎德拉每平方米 cd/m 单位面积光源在给定方向上,在每单位立体角内所发出的总光通量。其单位有时也称为尼特(nit)。
照度 Ev 勒克斯 lx 物体表面每单位面积所吸收可见光的光通量,用于入射表面的光。
光出射度 Mv 勒克斯 lx 物理表面每单位面积所发出可见光的光通量,用于出射表面的光。
曝光量 Hv 勒克斯⋅秒 lx⋅s 对照度进行时间积分所得的量。
光能密度 ωv 流明秒每立方米 lm⋅s⋅m
发光效率 η 流明每瓦特 lm/W 通常指光源光通量与光源输入电功率的比值,有时也指光通量与辐射通量的比值。
光源能量利用率 V 光源辐射通量与光源输入电功率的比值。