Λούμεν (μονάδα μέτρησης)

Το λούμεν (lumen) (σύμβολο lm) είναι παράγωγη μονάδα του διεθνούς συστήματος μονάδων (SI) της φωτεινής ροής, ενός μέτρου της συνολικής ποσότητας του εκπεμπόμενου ορατού φωτός από μια πηγή. Η φωτεινή ροή διαφέρει από την ισχύ (ροή ακτινοβολίας (radiant flux)) στο ότι οι μετρήσεις της φωτεινής ροής αντανακλούν την ποικίλλουσα ευαισθησία του ανθρώπινου οφθαλμού σε διαφορετικά μήκη κύματος του φωτός, ενώ οι μετρήσεις της ροής ακτινοβολίας δείχνουν τη συνολική ισχύ όλων των εκπεμπόμενων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, ανεξάρτητα από την ικανότητα του ματιού να το αντιληφθεί. Τα λούμεν σχετίζονται με το λουξ επειδή ένα λουξ είναι ένα λούμεν ανά τετραγωνικό μέτρο. Το λούμεν ορίζεται σε σχέση με το καντέλα ως 1 lm = 1 cd⋅sr, όπου sr = στερακτίνιο.Μια πλήρης σφαίρα έχει μια στερεά γωνία 4π sr, έτσι μια πηγή φωτός που εκπέμπει ομοιόμορφα ένα καντέλα σε όλες τις κατευθύνσεις έχει μια συνολική φωτεινή ροή 1 cd × 4π sr = 4π cd⋅sr ≈ 12,57 lm.

 Αν μια πηγή φωτός εκπέμπει ένα καντέλα φωτεινής έντασης ομοιόμορφα σε μια στερεά γωνία ενός στερακτινίου, η συνολική εκπεμπόμενη φωτεινή ροή (luminous flux) σε αυτήν τη γωνία είναι ένα λούμεν (1 cd·1 sr = 1 lm). Εναλλακτικά, μια ισοτροπική πηγή φωτός ενός καντέλα εκπέμπει μια συνολική φωτεινή ροή 4π λούμεν ακριβώς. Αν η πηγή καλυπτόταν μερικώς από ένα ιδανικά απορροφητικό ημισφαίριο, αυτό το σύστημα θα ακτινοβολούσε το μισό της φωτεινής ροής —μόνο 2π λούμεν. Η φωτεινή ένταση ή φωτοβολία (luminous intensity) θα ήταν ακόμα ένα καντέλα σε αυτές τις κατευθύνσεις που δεν σκιάζονται. Το λούμεν μπορεί να θεωρηθεί ως ως πρόχειρο μέτρο της συνολικής "ποσότητας" του ορατού φωτός, ή του εκπεμπόμενου ορατού φωτός από κάποια πηγή. Ο αριθμός των καντέλα ή των λούμεν από μια πηγή εξαρτάται επίσης από το φάσμα του, μέσω της ονομαστικής απόκρισης του ανθρώπινου ματιού όπως εμφανίζεται στη συνάρτηση φωτεινότητας (luminosity function). Η διαφορά μεταξύ των μονάδων λούμεν και λουξ έγκειται στο ότι το λουξ λαμβάνει υπόψη το εμβαδόν στο οποίο απλώνεται η φωτεινή ροή. Μια ροή 1000 λούμεν, συγκεντρωμένη σε ένα εμβαδόν ενός τετραγωνικού μέτρου, φωτίζει αυτό το τετραγωνικό μέτρο με φωτισμό 1000 λουξ. Τα ίδια 1000 λούμεν, που απλώνονται σε δέκα τετραγωνικά μέτρα, παράγουν έναν αμυδρό φωτισμό μόνο 100 λουξ. Μαθηματικά, 1 lx = 1 lm/m2. Μια πηγή που ακτινοβολεί μια ισχύ φωτός ενός βατ στο χρώμα για το οποίο το μάτι είναι πιο αποτελεσματικό (ένα μήκος κύματος 555 nm, στην πράσινη περιοχή του οπτικού φάσματος) έχει φωτεινή ροή 683 λούμεν. Έτσι ένα λούμεν αντιπροσωπεύει τουλάχιστον 1/683 βατ ισχύος ορατού φωτός, ανάλογα με την φασματική κατανομή. Οι ηλεκτρικοί λαμπτήρες που χρησιμοποιούνται για φωτισμό αναφέρονται συχνά με την έξοδο φωτός τους σε λούμεν. Ένας συμπαγής λαμπτήρας φθορισμού (compact fluorescent lamp)] 23 W εκπέμπει περίπου 1.500–1.600 lm. Πολλοί συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού και άλλες εναλλακτικές πηγές φωτός αναφέρονται ως ισοδύναμες με έναν λαμπτήρα πυράκτωσης (incandescent bulb) με συγκεκριμένη τιμή σε βατ. Παρακάτω είναι ένας πίνακας που δείχνει τυπικές φωτεινές ροές για συνηθισμένους λαμπτήρες πυράκτωσης και τα ισοδύναμά τους. Την 1 Σεπτεμβρίου 2010 μπήκε σε ισχύ ένας νόμος της Ευρωπαϊκής Ένωσης που ορίζει ότι ο φωτιστικός εξοπλισμός πρέπει να καταχωρείται κυρίως με όρους φωτεινής ροής (lm), αντί για ηλεκτρική ισχύ (W). Αυτή η αλλαγή είναι το αποτέλεσμα μιας οδηγίας οικολογικού σχεδιασμού της ΕΕ για προϊόντα που καταναλώνουν ενέργεια. Παραδείγματος χάρη, σύμφωνα με το πρότυπο της Ευρωπαϊκής Ένωσης, μια λάμπα ενεργειακής απόδοσης (energy-efficient) με αποτελεσματική ενέργεια που ισχυρίζεται ότι είναι ισοδύναμη με λάμπα 60 W από βολφράμιο πρέπει να έχει μια ελάχιστη έξοδο φωτός 700–750 lm. Η έξοδος φωτός των προβολέων (συμπεριλαμβανομένων των βιντεοπροβολέων (video projectors) μετριέται συνήθως σε λούμεν. Μια τυποποιημένη διαδικασία για τον έλεγχο προβολέων έχει καθιερωθεί από το Αμερικανικό Εθνικό Ίδρυμα Προτυποποίησης, που περιλαμβάνει τον μέσο όρο πολλών μετρήσεων που έχουν ληφθεί από διαφορετικές θέσεις. Οι μετρήσις λούμεν ANSI είναι γενικά πιο ακριβείς από άλλες τεχνικές μετρήσεων που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία προβολέων. Αυτό επιτρέπει στους προβολείς να συγκρίνονται πιο εύκολα βάση των προδιαγραφών φωτεινότητάς τους. Η μέθοδος μέτρησης λούμεν κατά ANSI ορίστηκε στην προδιαγραφή IT7.215 που δημιουργήθηκε το 1992. Πρώτα απ' όλα ο προβολέας ρυθμίζεται να εμφανίσει μια εικόνα σε ένα δωμάτιο σε θερμοκρασία 25 βαθμών Κελσίου. Η φωτεινότητα και η αντίθεση του προβολέα ρυθμίζονται έτσι ώστε σε πλήρες λευκό πεδίο, να είναι δυνατή η διάκριση μεταξύ ενός τμήματος εμβαδού 5% από 95% λευκή κορυφή και δύο πλαισίων λευκής κορυφής ταυτόσημου μεγέθους 100% και 90% στο κέντρο του λευκού πεδίου. Τότε, η έξοδος του φωτός μετράται σε πλήρες λευκό πεδίο σε εννέα ειδικές θέσεις γύρω από την οθόνη και παίρνεται ο μέσος όρος. Έπειτα, αυτός ο μέσος όρος πολλαπλασιάζεται επί το εμβαδόν της οθόνης για να δώσει τη φωτεινότητα που προβολέα σε "λούμεν ANSI". Τα λούμεν κορυφής είναι ένα μέτρο της εξόδου του φωτός που χρησιμοποιείται κανονικά με τους βιντεοπροβολείς με καθοδικό σωλήνα (CRT video projectors). Ο έλεγχος χρησιμοποιεί ένα πρότυπο είτε στο 10% ή στο 20% της επιφάνειας της εικόνας ως λευκό στο κέντρο της οθόνης και το υπόλοιπο ως μαύρο. Η έξοδος του φωτός μετράται μόνο στη περιοχή του κέντρου. Οι περιορισμοί με τους προβολείς καθοδικού σωλήνα καταλήγουν στην παραγωγή μεγαλύτερης φωτεινότητας όταν μόνο ένα τμήμα της εικόνας είναι στην κορυφαία φωτεινότητα. Παραδείγματος χάρη ο βιντεοπροβολέας Sony VPH-G70Q παράγει 1200 λούμεν στην "κορυφή", αλλά μόνο 200 λούμεν ANSI. Η φωτεινότητα (έξοδος του λευκού φωτός) μετρά το συνολικό φως που προβάλλεται σε λούμεν. Η προδιαγραφή της έγχρωμης φωτεινότητας μετρά το κόκκινο, το πράσινο και το γαλάζιο σε ένα πλέγμα εννέα σημείων, χρησιμοποιώντας την ίδια προσέγγιση όπως στη μέτρηση του λευκού φωτός. Οι ειδικοί συμβουλεύουν τους αγοραστές προβολέων να εξασφαλίζουν ότι η έξοδος του λευκού και του έγχρωμου είναι ίσες για βέλτιστη παρακολούθηση.