从货币兑换的角度理解光通量

去年某公司的 LED 光效取得重大突破，达 303lm/W，很多业内人士在啧啧赞叹的同时，各种“砖家”也开始进行下一步的大胆预测，400lm/W，500lm/W，1000lm/W……

额，亲，您真的理解光通量了吗？

光通量是照明行业最常用的物理量，单位是流明，其实也可以从货币兑换的角度来理解。

1. 什么是光谱？

三百多年前大名鼎鼎的牛顿做过棱镜色散实验，他将一束太阳光射过三棱镜，在棱镜的另一端屏幕上呈现出一条五彩缤纷的色带，实验证明了白光是由各种颜色的光混合而成，如下图1所示。

图1： 棱镜色散实验与光谱图

如果将图1中的色带理解成一把直尺并标上刻度，我们可以用长度（波长）来描述光的颜色，比如 380nm 是紫光，580nm 是黄光，700nm 是红光，这里的 nm 叫纳米（1纳米就是将1米分成10亿份）。如果我们把太阳光里各种颜色光的含量（绝对光谱强度）标注出来，就可以绘得的光谱图。

从图1中可以看到，太阳光中黄绿光的含量最多，紫光最少。我们知道光是一种能量，可以用功率来描述。

光功率的计算公式如下：

用到积分 ∫ ？其实积分就是求和 ∑ 的意思，通过这公式计算的是光谱图的面积，换句话说绝对光谱图的面积就是光功率（光功率的单位是瓦）。既然光是一种能量，可以用光功率来描述，直接用光功率来描述光的数量不就完了，为什么还要用到光通量呢？

2.什么是光通量？

举个例子，假如你面前有图2中的两张面值100元的纸币供你选择，你会选择哪一张？

图2：人民币与美元

毫无疑问，你肯定会选择下面这张100元的美金。虽然面值都是100元，但两张纸币的价值是不一样的，我们知道100元美金可以兑换645元人民币，因此在国际贸易中为了比较不同货币的价值，我们需要用到汇率。

光是一种能量，实验证明，在相同条件下，人眼对不同颜色光的亮暗感知（价值）是不一样的，为了描述人眼对不同颜色光的亮暗感知，我们需要引入光通量这个物理量，同货币的类比如下表1所示。

表1 货币与光类比

表1中的 V(λ) 称为视见函数，是根据实验获得的，国际照明学会 CIE 有个表格供查询，就同你查汇率一样，当然它不会像汇率那样天天在变，V(λ) 曲线如图3中的黑色虚线所示。

图3. V(λ) 曲线

举个例子，如图3所示，为得到 683lm 的光通量，图中 ABCD 各单色光需要的光功率如表2所示。

表2. 光功率与光通量

从表2中可以看到，为了得到 683lm 的光通量，555nm 的黄绿光只要 1W 光功率，455nm 的蓝光需要 20.8W 光功率。把不同的光看成不同的货币再做一下类比，如下表3所示。

表3 货币与光类比

把上面那句话类比一下：为了买到（得到）683毫升（lm）的水（光通量），需要人民币（黄绿光）1元（W），日元（蓝光）20.8元（W）。

从图3的 V(λ) 曲线我们可以看到，人眼对 555nm 的黄绿光最敏感，对红光和蓝光不敏感，在相同光功率下，人眼会觉得黄绿光很亮，但红光和蓝光就会觉得较暗。照明主要靠人眼感知，而我们人眼对不用颜色光的亮暗感知却不是“一视同仁”的，所以我们需要统一折算成光通量，就像国际贸易中各国一般都将本国货币折算成美元一样。

如果用光功率表示的话，会出现这种情况，都是1W（1元）的光（货币），亮暗感知（价值）却是不一样的，1元（1W）人民币（黄绿光）和1元（1W）日元（蓝光）的价值（亮暗感知）肯定不一样。

PS：本文讲的 V(λ) 都是明视觉视见函数。