照明光学基础知识

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照明光学基础知识
中山市新宇科光电科技有限公司 制作:祁道军
光学基础知识
光的基本概念 光的常用术语 常用光源
光基本概念 光的电磁辐射谱
光的基本概念
各种颜色光谱分布 颜色和波长
发光波长及其光谱特性
光光的的基基本本概概念念
定义 1.光在介质中传播 2.是能量的一种形态 3.是电磁波的一种(与无线电波和视频波相同) 4.是整个电磁波谱中极小范围的一部分 5.当光进入人眼时将产生视觉感受,人们这才感受到多彩的世界 6.光的强弱是一种感觉现象;它取决于人眼的灵敏度和它本身的特性
非连续使用的工作场所。办公室、接待室、客房写字台、商店货架、柜台、小卖部、 厨房、售票房、排演厅、检票处、手术室、放射室、广播室、总机室、电教室、保龄 球、理发室等等。
4 200-300-500
简单视觉要求的作业场所。如阅览室、设计室、打字室、橱窗、陈列室、美容、烹调、 体育运动的训练场、玻璃石器金属品的展览厅、保龄球、排球、羽毛球、武术等的比 赛场所等等。
色温的视觉感受
色温
光色
气氛效果 常用字母
应用场所
>5700K
清凉带蓝 的白色
冷的气氛
D
3500-5700K 中 间(白) 爽快的气氛 N
<3500K
温 暖(带 红的白色)
稳重的气氛
R
高照度场所,或白天需补充自 然光的房间诊所、仪表装配
办公室、阅览室、教室
卧室、客房、病房、酒吧、餐 厅
自然光色温的视觉感受
序号 照度范围(LX)
应用场所
1 20-30-50
室外活动场所及工作场所。如走廊、贮藏室、楼梯间、浴室、咖啡厅、站前广告等等。
2 30-100-150
流通场所,短途旅程的方向定位。如电梯前室、客房服务室、酒吧柜台、室内菜场营 业厅、值班室、邮电、游艺厅、剧场、进站大厅、问询处、诊室、商场领道区等等
3 100-150-200
光通量,光强,照度,亮度之间的关系
灯具
光通量
光强
照度
眼睛 亮度 物体表面
辉辉度度
5、辉度(luminance): 辉度是用来测量眩光的单位,光源体在某一方向上, 每单位投影面积(S),所发出的光度(I) 单位:尼特(nit)=烛光/平方米(1nt=1cd/㎡) 辉度是用来评估光源或发光点(体)之光亮的刺眼程度。 亮度高的光源产生的辉度也越高,眼睛感觉越刺眼。
日光wenku.baidu.com荧光灯的色温表示方法则是6000K。
光色的应用
名称
说明
暖色光
冷白色光 又叫 中性色
冷色光 又叫 日光色
暖色光的色温在3300K以下。 暖色光红光成分较多,能给人温暖、健康、舒适的感觉。 适用于家庭、住宅、宿舍、宾馆等场所或温度较低的地方。 色温在3300K~5300K之间。 中性色由于光线柔和,使人有愉快、舒适、安详的感觉。 适用于商店、医院、办公室、饭店、餐厅、候车室等场所。 色温在5300K以上。 光源接近自然光,有明亮的感觉,使人精力集中。 适用于办公室、会议室、教室、绘图室、设计室、图书馆的阅览室、展览橱 窗等场所。
常见七种光色与波长对照表







日日光光光光谱谱能能量量分分布布图图







三基色荧光灯光谱能量分布图
真彩荧光灯光谱能量分布图 白光LED光谱能量分布图
发发光光波波长长及及其其光光谱谱特特性性
1. 峰值波长:无论什么材料制成的LED,都有一个相对光强度最强处 (光输出最大),与之相对应有一个波长,此波长叫峰值波长,用λ P 表示。只有单色光才有λP波长。
人眼
生理效应 视见函数
大脑 心理效应
光光的的三三原原色色
1. 公元1931年及1964年国际照明委员会(CIE)决定色彩表示法为: 利用光的三原色:红(R)/绿(G)/蓝(B)之混合比率表示法来表示光源 色或物体色之色相。
2. 三基色:红、绿、蓝(稀土元素在紫外线照射下呈现的三种颜色) 3. RGB系统之混合比率为:1:4。6:0。06
光光通通量量,,照照度度
1、光通量 符号(Ф) 定义: 光源在单位时间内所发出可见光之
能量总和,亦称光束(∮) 单位: 流明(lm:lumen)
2、照度(光照度) (lumination) 符号(E) 定义:被照体单位面积上所受的光通量 单位:勒克斯(LUX)=流明/平方米 1lm的光通量均匀分布在1㎡的平面上所 产生的明亮度,其照度值为1lx。 照度:照度是用来测量亮度的单位
R、G、B 图
CCIIEE色色度度图图
国际照明委员会(简称CIE))的色度图发 展于1931年,是以科学化方法标示颜色 的规范之一。它表明了某一光源的颜色 或在给定照明情况下物体表面所反射的 光的颜色。 黑体轨迹线 黑体的色温值分布于CIE色三角形并形 成一条曲线,即黑体轨迹线,也被称作 普朗克轨迹。任何具有光谱能量分布的 类似黑体的光源都会在普朗克轨迹上找 到它对应的色温。
i。过度眩光:直接投射到人眼的光通量太大时产强生 烈眩光14
° 极强烈眩光0
°
眼睛
色色温温
7、色温
当光源所发出的光的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时,“黑体”的 温度就称为该光源的色温。 色温以绝对温度K来表示:开氏温度为摄氏温度加上273。 “黑体”的温度越高,光谱中蓝色的成分则越多,而红色的成分则越少。色温值越 高,表示冷感越强,色温越低暖感越强,越柔和
影响照明质量的要素 照明的三大要素
光的常用术语
光的三原色 CIE色度图
光的15个常用术语
影影响响照照明明质质量量的的要要素素
照度水平 背景造型
眩光控制
光线方向
照明系统 质量要素
亮度分布
色温光色 显色性能
照照明明的的三三大大要要素素
照明源
电源 光源 灯具 控制器 能源管理
被照物
吸收 反射 透射 光泽度 光洁度 光谱特性 生物效应
7 750-1000-1500 较难视觉作业要求的场所。
8 1000-1500-2000 特殊视觉要求的作业场所。
9 2000以上
进行很精密的视觉作业。
照度值的计算示例
平均照度(Eav)= 单个灯具光通量Φ×灯具数量(N)×空间利用系数(CU)×维 护系数(K)÷地板面积(长×宽)
假设:有一普通家庭厨房面积(长4米,宽4米,高3米);桌面高为0。8 米;墙壁和天花均为白色,桌面照度要求达到800Lux,灯具为E27 3U型离顶旋吊1米安装,那么要用多少瓦数才能满足标准照度?
Ra>75
Ra>95
显色指数分类
显色指数分组 平均显色评价数值Ra
适用范围举例

Ra>90
色检查、临床检查、美术馆
住宅、饭店、商店、医院、学校,

90> Ra ≥80
精密加工写字楼,印刷厂纺织厂等

80> Ra ≥60
一般作业场所

60> Ra ≥40
粗加工工厂

40> Ra ≥20
贮藏室等变色要求不高的场所
计算步骤 • 室内指数=(长×宽)÷【(高-灯离屋顶距离-桌面高)×(长+宽)】
=(4×4)÷【(3-1-0。8)×(4+4)】=1。67 • 室内反射系数=由照明计算表一预估天花70%、墙壁50%、台面10% • 利用系数由表二对比出0。49 • 维护系数预估为60% • 800Lux=(?流明×1盏)×利用系数0。49×维护系数(0。6)÷面积
光光色色
8、光色 实际上就是色温 大致分为三大类: 暖色<3300K、中间色3300K~5000K、日光色>5000K, 由于光线中光谱组成有差别,因此即使光色相同,光的显色性也可能不同。 通常大部分光源设计集中在2700K~4300K及5800K~6700K两个色温位置。 例如:白炽灯的光色是暖色,其色温表示为2700K,
850nm -810nm -几乎不可见光 近红外线光:(780~740nm) 红色光:630nm -620nm -橙红 橙色光:605nm -琥珀色光 绿色:525nm -纯绿色 蓝色:470nm -460nm-鲜亮蓝色; 450nm -纯蓝 色; UV-A型紫外线光: 370nm -几乎是不可见光,受木质玻璃滤光时显现出一 个暗深紫色。
(16㎡)=18W(55流/W×18=1000流明)
照明计算公式
在我们应用中要知道如何计算灯具的使用才能正确引导消费,必 须掌握以下内容:
公式:平均照度=(流明lm÷面积m2)×利用系数×维护系数 或=灯具流明数(光通量)×灯具数量×维护系数×灯具效率
/面积
何为利用系数=(室内指数﹠室内放射系数﹠灯具利用系数表)所计 算与评估及比对出来的值。
眩眩光光
6、眩光:
由于视野中的亮度分布、亮度范围的不适宜或存在极端的亮度对
比,以致引起不舒适感觉或降低观察目标细部能力的视觉现象,统
称眩光。
眩光(刺眼)分为以下几种: a。失态眩光:由灯泡,灯具和窗外等高辉度光源或反射率的表面反射引起,能损害眼睛观察能力
b。不舒适眩光:引起眼睛的不舒适感,并随时间的推移而加重不舒适感 60°
10000K早晨的阳光偏蓝的光
6000K中午的阳光 自自 然然 光光
5000K下午的阳光
2000K黄昏的阳光偏红的光
不同色温的应用场所
显显色色性性
9、显色性(亦称显色指数)
光源对物体颜色呈现的程度称为显色性。(符号: Ra) 也就是颜色逼真的程度,显色性高的光源对颜色的再现较好,我们所看到的颜色也就较接近的自 然原色,显色性低的光源对颜色的再现较差,我们所看到的颜色偏差也较大在光源照射下的色彩 的再现度的数值表示以Ra100为基准光,数值越低,与基准光差异越大。 白炽灯泡和卤钨灯泡的显色指数被定义为100。 卤粉荧光灯的显色指数一般为50-70。 而三基色荧光灯能达到80以上。
2. 谱线宽度:在LED谱线的峰值两侧±△λ处,存在两个光强等于峰值 (最大光强度)一半的点,此两点分别对应λp-△λ,λp+△λ之间宽度 叫谱线宽度,也称半功率宽度或半高宽度。
3. 主波长:有的LED发光不单是单一色,即不仅有一个峰值波长;甚至 有多个峰值,并非单色光。为此由LED发出主要单色光的波长。单色 性越好,则λp也就是主波长。如GaP材料可发出多个峰值波长,而主 波长只有一个,它会随着LED长期工作,结温升高而主波长偏向长波。
光光强强,,亮亮度度
3、光强 符号(I) 光源在某一特定方向的单位立体角内 发射的光通量称为光源在该方向的发光强 度,简称光强。 光的强度,可见光在某一特定方向角内所 放射的强度。 单位是坎德拉cd
4、亮度(符号B)、(光亮度) B:光源每单位面积(S)所发出之光通量(∮) 光束发散度(M):被照体单位受照面积(A),所 反射出之光通量(∮) 代号M:LuminousEmittance 或Brightness 单位:(lambert)1郎伯=1流明/1平方厘米
各种场所的照度值要求
照度值LUX 1000-1500
500-800
场所 前厅/结帐柜台/局部陈列/重点陈列 书房/模型/厨房/镜子/餐桌/会议室/办公室/店面
200-300 100-200
餐厅/卧室/娱乐室/客厅/装饰柜/出入口/休息室/大厅 走道/浴室/阳台/储藏室/酒廊/停车场/楼梯间
推荐照度范围
c。对比眩光:观看物与其背景的亮度对比大而引起
d。直接眩光:由于光源或灯具对眼睛的照射而产生
微弱眩光45
e。光幕眩光:由轻度光滑的表面引起,在视线中形成光幕
f。斜照眩光:观看物体时近旁有较高辉度的光源时产生
°
g。反射眩光:由高反射率的表面反射引起 中等眩光27°
h。顺应眩光:由黑暗之处突然来到光明之处,人眼未来的及调整适应
5 300-500-700
中等视觉要求的作业场所。体操网球篮球比赛场、游泳跳水比赛场、绘图室、印刷机 房、木材机械加工、一般精细作业、粗加工、机床区、电修车间等等。
6 500-750-1000
较强视觉要求的作业。乒乓球、围棋、象棋、等比赛场、金属加工厂、机电装配车间 的小件装配、精密电修车间、打字室、抛光车间等等。
光光源源效效率率
10、光源效率
光光的的电电磁磁辐辐射射谱谱 能够引起人眼视觉部分380nm-780nm
各各种种颜颜色色光光谱谱分分布布
Royal Blue宝蓝或品蓝色 cyan青色,蓝绿色,青绿色,深蓝色 Amber琥珀色
Blue 蓝色 Green 绿色 red-orange 红橙色
光光的的颜颜色色和和波波长长
光的颜色是否可以看见是由它的波长决定, 光的波长是以纳米(nm)为单位 以下是光的颜色和它的波长: 中红外线红光:4600nm -1600nm --不可见光 低红外线红光:1300nm -870nm -- 不可见光