1、光源與（照明）設計基礎,復旦大學 周太明 （室內(nèi)照明設計國際培訓班） 2007.12.14,照明好壞的判據(jù),照明水平（照度） 視場中的亮度分布 眩光的防護 光的空間分布 色溫和顯色性能,可見光部分的波長范圍為380780nm. 由單一波長組成的光稱為單色光,不同的單色光有不同的顏色. 波長的單位是 nm 或mm 1nm(納米)= 10-9m(米) ; 1mm(微米)= 10-6m(米),輻射和光-可見光,汞和太陽的可見輻射光譜,光源的四個發(fā)展階段,1,2,3,4,普通白熾燈,白熾燈是根據(jù)熱輻射原理制成的 白熾燈的主要部件為燈絲、支架、泡殼、填充氣體和燈頭,鹵鎢燈,光產(chǎn)生原理與白熾燈一致 填充氣

2、體：添加鹵素 ( 溴化物形式) 耐高溫的石英玻璃 減少燈絲的蒸發(fā)率，增加燈的壽命 無泡殼黑化現(xiàn)象，光衰減少,鹵鎢燈的類型,低電壓型:MR型鹵鎢燈是低電壓型鹵鎢燈的代表,它由燈泡和反射鏡封在一 起, 拋物面是由玻璃壓制而成,內(nèi)表面涂多層介質(zhì)膜,鹵鎢燈的可見光被反射 到需要照明的物體上,而所發(fā)射的紅外線絕大部分透過反射鏡被濾掉了,MR型鹵鎢燈,氣體放電,氣體放電燈,氣體放電燈的結(jié)構(gòu)示意圖 B為泡殼,A和C為電極,G為填充氣體 A為陽極,C為陰極,放電燈工作電路示意圖,熒光燈的工作原理,熒光燈的工作原理:燈內(nèi)包含有低氣壓的汞蒸氣和少量的惰性氣體,燈管的內(nèi)表面涂有熒光粉層,燈內(nèi)的低氣壓汞蒸氣放電將60

3、%左右的輸入電能轉(zhuǎn)變成波長為253.7nm的紫外輻射,熒光粉能有效地將這一紫外輻射轉(zhuǎn)變成可見光,紫外輻射,可見光,熒光粉,汞原子,電子,電極,熒光燈的工作原理,氣體放電燈的負伏安特性,負阻特性 限流裝置 - 補償負阻特性 啟動裝置 -克服啟動時氣體較冷條件下的高電阻,熒光燈附件,電氣附件 鎮(zhèn)流器和啟輝器,細管徑熒光燈熒光燈,近來熒光燈的細管徑化開發(fā)日趨活躍，除現(xiàn)已大量生產(chǎn)上市的T8(26mm)燈外，又先后研制了T5(16，5mm)、T2(7mm)的超細管徑熒光燈。,T8直管熒光燈的典型參數(shù),飛利浦TL5系列熒光燈參數(shù),CFL熒光燈的主要類型,緊湊型熒光燈:分為一體化(I)和非一體化(NI)兩種

4、類型 各種緊湊型熒光燈形狀不盡相同,有U形、H形、P形、螺旋型等等,但其結(jié)構(gòu)原理和性能是大同小異的,高壓鈉燈,金屬鹵化物燈的主要部件,電弧管和支架 電極 外泡殼 填充氣體 燈頭,單泡殼雙端型 雙泡殼雙端型 雙泡殼單端型 陶瓷電弧管金屬鹵化物燈,金屬鹵化物燈的主要類型,陶瓷管能耐更高溫度,化學性質(zhì)極其穩(wěn)定,因而做成的金屬鹵化物燈不僅光效更高,光色更好,而且顏色穩(wěn)定,燈的壽命更長,陶瓷金鹵燈性能改進,光效,光效m/W,石英管 MHW,陶瓷管金鹵燈,白鈉燈,鹵鎢燈 白熾燈,光效,光色,顏色特性 (CRI+光色穩(wěn)定性+光色評估),利浦直管單端陶瓷金屬鹵化物燈的參數(shù),利浦陶瓷金屬鹵化物燈的光譜 左邊30

5、00K，顯色指數(shù)8285；右邊4000K，顯色指數(shù)9093,LUXEON STAR,10-Mar-99,29,單色光LED的應用舉例,traffic signal,video screen,Automotive,brake/tail,turn/marker,InGaN,AlInGaP,AlInGaP,AlInGaP,AlInGaP,InGaN,InGaN,白光LED,燈的壽命,技術(shù)壽命 : 燈點燃到不能工作的時間。 平均壽命 :在測試當中，50%的燈不能工作時所點燃的時間。 經(jīng)濟壽命 : 當綜合光輸出下降到某一百分比時所點燃的時間( 室外70% , 室內(nèi)80% 是可接受的數(shù)據(jù)),燈的壽命,燈壽

6、命:下圖為TL84系列熒光燈的平均壽命和經(jīng)濟壽命的相對關(guān)系,常用照明電光源的主要特性比較,注：光效為不含鎮(zhèn)流器損耗時的數(shù)據(jù)。 指發(fā)光體的平均亮度。 電感式鎮(zhèn)流器。 電子式鎮(zhèn)流器。 一體化緊湊型熒光燈可視為“無附件”。 隨著制燈技術(shù)的發(fā)展，這些參數(shù)都會變化，這里是2000年數(shù)據(jù)。,光度量及其單位,光源,光通量(流明),光強(坎德拉),眼睛,亮度(坎/平方米),照度(勒克斯),從光源到眼睛,光度量及其單位,光通量: (Luminous Flux)-光源在單位時間內(nèi)發(fā) 出的光量稱為光源光通量,以F表示. 單位:流明(lm) 例如: 當發(fā)出波長為 555nm綠色 光的單色光源,其輻射功 率為1W時,則

7、它所發(fā)出的光 通量為683lm,光度量及其單位-光通量,所謂發(fā)光效率(簡稱光效)是指一個光源(一 般指照明用電光源)所發(fā)出的光通量F與該 光源所消耗的電功率P之比: h=F/P,光效(lm/W) 光源 200低壓鈉燈 130高壓鈉燈 100/80熒光燈 90金鹵燈 85CFL 70標準熒光燈 65汞燈 25鹵鎢燈 15 白熾燈,光度量及其單位-發(fā)光效率,光強度: (Luminous Intensity) 光源在給定方向的單位立體 角中發(fā)射的光通量定義為光 源在該方向上的光強度(簡稱 光強),以 I 表示. 單位:坎德拉(cd),光度量及其單位-光強度,d球面度,d流明,I =,光通量,立體角,

8、=,照度,流明,面積( m2 ),單位面積接受到的光通量,單位 : 勒克斯lx 符號 : E,光度量及其單位-光照度,對各種場所或活動形式的推薦照度值,400 - 500 Lux,200 - 300 Lux,光亮度:(Luminance) 光源在某一方向的光亮度(簡稱亮度) 是光源在該方向上的單位投影面在單 位立體角中發(fā)射的光通量.以L表示.,L(亮度) =d I /d S cosq 單位:坎/平方米(cd/m2), 它直接影響人眼的主觀感覺.照度一定時,物體的反射率越大,亮度越高: L=k E 對余弦輻射體, M=p L,光度量及其單位-光亮度,某些實際例子,光度量及其單位-光亮度,作業(yè)區(qū)周

9、圍環(huán)境的亮度應比作業(yè)區(qū)的亮度低,但不低于其1/3: 當照度為5001000lx時: 作業(yè)區(qū)墻壁的亮度應為50100cd.m-2,其反射率為0.50.8 作業(yè)區(qū)天棚壁的亮度應為100300cd.m-2, 但不能大于500cd.m-2,室內(nèi)照明的亮度分布,空間的亮度分布,光度量及其單位-相互關(guān)系,_只對余弦輻射體,色溫和顯色性,色溫(Tc)簡單地說是用黑體的開氏溫度(單位K)表示光源的顏色. 開氏溫度為攝氏溫度加上273,例如: 2700K 燭光色 3000K 暖白色 3500K 白色 4000K 冷白色 5000K 日光色 6500K 冷日光色,色溫的含義和相關(guān)色溫,色溫(Tc),色溫和照度 低

10、照度暖色 高照度冷色 白天補充自然光高色溫 轉(zhuǎn)播特殊要求,色溫和色表,色溫和色表及其照度的關(guān)系,色表: 人眼直接觀察光源時看到的顏色.用色坐標、色溫等參數(shù)來描述.,為產(chǎn)生舒適的照明照度與光源色溫的關(guān)系,色溫和照度的關(guān)系,顯色性,顯色指數(shù):反映被照物體顏色的真實度.用8種標準試驗色(1-8)比較待測 光源的顯色和太陽光下的顯色差異度的平均值稱為平均顯色指數(shù)Ra.,特殊顯色指數(shù):如R912分別表示紅,黃,綠,藍標準色彩;R13表示皮膚色；R14表示植物色.,顯色性是指光源的光照射到物體上產(chǎn)生的客觀效果,評價顯色性的方法: 光譜帶法,試驗色法.,計算顯色指數(shù)的色板,汞和太陽的可見輻射光譜,低壓鈉燈的

11、光譜分布,眩光的防止與立體感的表現(xiàn),Illuminance,Luminance,空間的光分布決定了視覺光環(huán)境,視覺光環(huán)境-眩 光,眩光的種類和定義: 眩光:當視場中某光源或物體的亮度比眼睛已適應的亮度大得多時,人就會有眩目的感覺,此現(xiàn)象稱為眩光.眩光分為不舒適眩光和失能眩光. 不舒適眩光:造成不舒適感覺的眩光. 失能眩光:造成可見度下降的眩光. 眩光來源有直接眩光-由觀察者視場中的明亮的發(fā)光體(如燈具)引起的眩光 和間接眩光-觀察者在光澤表面中看到發(fā)光體的像時產(chǎn)生的眩光 注意:眩光相當于使背景亮度增加,對比度下降,水的反射眩光,燈具的直接眩光,反射眩光和直接眩光,視覺光環(huán)境-眩 光,眩光的分級

12、:根據(jù)作業(yè)和活動的種類決定,防止眩光遮光器,保護角:在過燈具開口面的水平線和剛能看到光源發(fā)光部的視線之間的夾角a;對于磨砂泡或有熒光粉涂層的燈,整個燈是發(fā)光體;對于透明泡殼,鎢絲或電弧管才是發(fā)光體 截光角:與保護角互余,指水平線和視線之間的夾角b,對最小保護角的要求,視覺光環(huán)境-眩 光,視覺光環(huán)境-眩光的控制,眩光的控制: 眩光敏感觀察區(qū):偏離垂直方向450g的角度范圍,角度g為: g = arc tan(a/hs) 式中hs 為燈具在觀察者眼睛上方的高度,a為最遠觀察者到最遠燈具的距離, g的最大值為850,控制眩光的方式: 適當?shù)臒艟弑Ｗo角 合理的安裝高度 安裝位置 工作面的表面情況,視覺

13、光環(huán)境-陰影與立體感,?為了形成舒適的立體效果,必須很好地控制定向光和漫射光的比例 ?光的方向性不能太強,否則形成的陰影太生硬,反而給人不舒適的感覺 ?光不能太擴散,完全的漫射光不能形成陰影,使客體看起來十分平淡,I垂直與水平照度之比: 在主觀察方向的垂直照度與水平照度之比應不小于0.25,各種場所對燈性能的要求及推薦的燈種（CIE1983）,下表注： 各種使用場合都需要高光效的燈，不但燈的光效要高，而且照明總效率要高，同時應滿足顯色性的要求，并適合特定場所的其他要求。 光輸出值高低按以下分類：高：大于10000lm，中：300010000lm，?。盒∮?000lm。 顯色指數(shù)的分級如下：A：Ra90；B：90Ra80；：80Ra60；：60Ra40；：Ra40。 色溫的分級如下：1：3300K；2：33005300K；3：5300K。 各種燈的符號： 白熾燈I：鎢絲白熾燈, H：鹵鎢燈; 高壓鈉燈S：標準型, I