Lumen là gì? (lm) Đơn vị đo quang học trong hệ SI

Lumen là gì?

Lumen (ký hiệu: lm) là đơn vị SI của quang thông, dùng để đo công suất cảm nhận được của ánh sáng nhìn thấy phát ra từ một nguồn sáng. Quang thông khác với công suất (hay thông lượng bức xạ), vốn bao gồm tất cả các bức xạ điện từ phát ra, kể cả những bức xạ không nhìn thấy được như bức xạ nhiệt (hồng ngoại). Trái lại, quang thông được tính theo một mô hình (gọi là “hàm độ chói”) mô phỏng độ nhạy của mắt người đối với các bước sóng khác nhau; phép tính trọng số này được tiêu chuẩn hóa bởi CIE và ISO.

Lumen được định nghĩa là tương đương với một candela-steradian (ký hiệu cd·sr):

1 lm = 1 cd·sr.

Một khối cầu hoàn chỉnh có góc khối bằng 4π steradian (≈ 12,56637 sr), do đó một nguồn sáng đẳng hướng (phát sáng đồng đều theo mọi hướng) có cường độ sáng là một candela sẽ có tổng quang thông bằng
1 cd × 4π sr = 4π cd·sr = 4π lm ≈ 12,57 lm.

Một lux tương đương với một lumen trên mỗi mét vuông.

Giải thích

Nếu một nguồn sáng phát ra cường độ sáng một candela đồng đều trong một góc khối một steradian, thì tổng quang thông phát ra trong góc đó là một lumen (1 cd·1 sr = 1 lm). Ngoài ra, một nguồn sáng đẳng hướng có cường độ sáng một candela sẽ phát ra tổng quang thông chính xác là 4π lumen.

Nếu nguồn sáng đó bị che một phần bởi một bán cầu hấp thụ lý tưởng, thì hệ thống đó sẽ phát ra một nửa lượng quang thông — chỉ còn 2π lumen. Cường độ sáng vẫn sẽ là một candela theo các hướng không bị che khuất.

Sự khác biệt giữa đơn vị lumen và lux là ở chỗ lux tính đến diện tích mà quang thông được phân bố. Một quang thông 1.000 lumen tập trung trong diện tích một mét vuông sẽ chiếu sáng khu vực đó với độ rọi 1.000 lux. Cùng một lượng 1.000 lumen đó, nếu được phân bố trên mười mét vuông, sẽ tạo ra độ rọi yếu hơn, chỉ 100 lux. Dưới dạng công thức, 1 lx = 1 lm/m².

Một nguồn sáng phát ra công suất một watt ánh sáng ở bước sóng mà mắt người nhạy nhất (555 nm, thuộc vùng màu lục của phổ quang học) có quang thông là 683 lumen. Do đó, một lumen tương ứng với ít nhất 1/683 watt công suất ánh sáng nhìn thấy, tùy thuộc vào phổ phân bố năng lượng của nguồn sáng.

Công suất điện tương đương của các loại đèn khác nhau

Công suất sáng của máy chiếu

ANSI lumens
Độ sáng của các máy chiếu (bao gồm cả máy chiếu video) thường được đo bằng đơn vị lumen. Một quy trình tiêu chuẩn để kiểm tra máy chiếu đã được Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ thiết lập, trong đó bao gồm việc lấy trung bình của nhiều phép đo được thực hiện tại các vị trí khác nhau.

Vì mục đích tiếp thị, quang thông của các máy chiếu đã được kiểm tra theo quy trình này có thể được ghi dưới dạng “ANSI lumen” để phân biệt với những máy được thử nghiệm bằng các phương pháp khác.

Các phép đo theo tiêu chuẩn ANSI nhìn chung chính xác hơn so với những kỹ thuật đo khác được sử dụng trong ngành công nghiệp máy chiếu. Điều này giúp việc so sánh các máy chiếu dựa trên thông số độ sáng trở nên dễ dàng hơn.

Lumen đỉnh

Lumen đỉnh là thước đo công suất sáng thường được sử dụng cho các máy chiếu video CRT. Việc kiểm tra sử dụng một mẫu hình ảnh thử, trong đó khoảng 10% hoặc 20% diện tích hình ảnh ở trung tâm màn hình là màu trắng, phần còn lại là màu đen. Lượng ánh sáng được đo chỉ trong khu vực trung tâm này. Do những hạn chế của máy chiếu video CRT, chúng có thể tạo ra độ sáng cao hơn khi chỉ có một phần nhỏ nội dung hình ảnh đạt độ sáng cực đại.

Ví dụ, máy chiếu video CRT Sony VPH-G70Q có thể tạo ra 1200 lumen đỉnh nhưng chỉ đạt 200 lumen theo tiêu chuẩn ANSI.

Công suất sáng màu

Độ sáng đo tổng lượng ánh sáng được chiếu ra, tính bằng lumen. Thông số độ sáng màu đo riêng từng màu đỏ, lục và lam trên một lưới gồm chín điểm, sử dụng cùng phương pháp như khi đo độ sáng tổng thể.

Đơn vị quang học trong hệ SI

Các đại lượng quang học trong hệ SI