照明基础知识

照明基础知识Basiclightingtheorytraining2007WLiDACChina,1-1-2007LiDACChina,1-1-2007Q1：为什么需要照明？LiDACChina,1-1-2007Q2：照明以及照明设计的核心是什么？LiDACChina,1-1-2007照明基本理论光与颜色照明中常见的单位和度量照明质量光的造型效果灯具光学器件和配光特性光——世间万物生存之源!照明基础理论BasiclightingtheoryWLiDACChina,1-1-2007LiDACChina,1-1-2007光在介质中传播,是能量的一种形态,是电磁波的一种(与无线电波和视频波相同),是整个电磁波谱中极小范围的一部分.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.光强弱是一种感觉现象而取决于人眼的灵敏度和它本身的特性.光是什么?LiDACChina,1-1-2007光子频率和电磁波波长之间的关系式:λ=c/uλ:电磁波波长,u:光子频率其中:光速C＝3x108m/s光的特性——波粒二相性光的波动理论——光的波长和频率决定了它的波动性典型现象：干涉、衍射光的量子现象——光波能量的发射和吸收是以量子化的形式进行光波能量的发射和吸收是以量子化的形式进行的.光子的频率越高,能量越大,这就是普兰克理论.能量(E)=h.cλ典型现象：折射、反射LiDACChina,1-1-2007电磁波谱:光是电磁辐射谱中能够引起人眼视觉的部分:380nm-780nm电磁波波长范围从γ波长到无线电波波长,光波只是其中极小一部分红外光波长比红色光更长的电磁波部分780nm~10６nm(1mm),称为红外辐射(红外线,IR).再长为无线电波,红外线主要产生热效应(红外加热).红外线的光谱分区:780nm~1400nmIR-A(近红外)1400nm~3000nmIR-B(中红外)3000nm~1000000IR-C(远红外)紫外光波长比紫光更短的部分(1nm～380nm)称为紫外辐射,(紫外光,UV).紫外光主要产生化学效应(光化学反应,皮肤病治疗,晒色效应,诱昆虫,杀菌),小于200nm在空气中会很快被吸收,称为真空紫外.紫外光谱分区:380-315nm为UV-A(近紫外)315-280nm为UV-B(中紫外)280-1nm为UV-C(远紫外)小于315nm的紫外光谱会产生红斑和灭菌两种特殊辐射现象,在297nm处红斑辐射效果最大;在260nm处灭菌辐射效果最大.LiDACChina,1-1-2007可见光波长从380nm到780nm,颜色范围是从紫色到红色380nm780nm紫光红光可见光谱LiDACChina,1-1-2007视觉现象LiDACChina,1-1-2007人眼(光的传感器)眼前房睫状体虹膜角膜瞳孔晶状体玻璃体巩膜脉络膜视网膜中央凹(黄斑)视神经(盲点)光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用.杆状细胞和锥状细胞经电化学作用产生脉冲信号.20º40º60º80º0º20º40º60º0318151296杆状和锥状细胞数(mm2x104)锥状细胞杆状细胞感受细胞的分布盲点然后这个脉冲信号通过视神经传送到大脑.从而产生视觉效应,使人们能看到物体.LiDACChina,1-1-2007人眼对物体外形和颜色的感知人眼中杆状细胞对光的感受性较好,可辨别物体的外形.锥状细胞对颜色感受性较好,可辨别物体的颜色.杆状细胞和锥状细胞在不同的条件下对光的颜色和亮度起不同的反应三种锥状细胞蓝色450nm-绿色540nm-红色590nm人眼在可见光谱范围的视觉灵敏度随波长而变化,峰值为555nm(绿色).光通量就是以人眼视觉曲线为标准的能量.光谱光效率曲线人眼对不同的颜色(波长)有不同的灵敏度;这正是不同的灯光产生不同的光照效果的基础.LiDACChina,1-1-2007杆状细胞和锥状细胞明视觉正常视觉条件下(有效亮度3.5cd/m2)杆状细胞产生对物体的感知锥状细胞区别颜色中介视觉过渡状态下有部分锥状和杆状细胞工作蓝光较红光更为明亮暗视觉低亮度条件下(亮度0.035cd/m2)锥状细胞不发生作用杆状细胞起作用,使物体有较低的能见度适应时间:1/1000秒至数秒,2分钟完全适应适应时间:长达20分钟至1小时LiDACChina,1-1-2007视觉对光的反应被照物眼睛光源发射体介质传播体接收体光波波长(颜色视觉)光波通常包括各种单原色光;通过棱镜的折射可看见分解出的各种单原色光;不同的光波波长可组合成不同的视觉颜色;单色光颜色取决于它的波长.视觉功能视力在一定距离,人眼所能分辨的最小物体形状到什么程度的一个生理尺度.随着年龄增大而减弱.对比灵敏度眼睛能够辨别背景(指与对象直接相邻并被观察的表面)上的被观察对象.视觉感受速度能感受到运动对象所必需的最小时间的倒数.LiDACChina,1-1-2007不同年龄对光通量的要求不同.例如观察同样的物体,60岁人适应的光通量是小孩的15倍.年龄(岁)要求的照度比10110-201.520-30230-40340-5065015年龄和视觉视觉能力和敏锐度视觉敏锐度与下列因素有关:人眼本身的特性观察物的亮度对比度观测时间年龄因素与视觉灵敏度呈负增长关系LiDACChina,1-1-2007亮度对比亮度对比度C:C=(L0–Lb)/Lb式中:L0是目标亮度Lb是背景亮度La=L0–Lb视觉灵敏度一个灰暗的物体放置在黑暗的背景下将显得比在明亮背景下更为明显LiDACChina,1-1-2007光源种类LiDACChina,1-1-2007自然光阳光闪电火焰发光植物发光动物月光行星恒星或星星LiDACChina,1-1-2007人造光火炬或火把油灯蜡烛煤气灯汽油灯乙炔灯树胶灯焰火LiDACChina,1-1-2007电光源白炽灯卤钨灯紧凑形荧光灯高气压气体放电灯氙灯感应灯激光发光二极管LED微波硫灯光与颜色WLiDACChina,1-1-2007xy00.10.20.30.40.50.60.70.800.10.20.30.40.50.60.70.80.9077058057056051052055053054050049048038060020000K10000K7000K5000K3000K2000KAD65LiDACChina,1-1-2007可见光谱380nm780nm颜色红色橙色黄色绿色蓝色紫色波长(nm)630-780600-630565-600500-565435-500380-435LiDACChina,1-1-2007以绝对温度K来表示,即将一标准黑体(如:铁)加热,温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝,逐渐改变,利用这种光色变化的特性,某光源与黑体的颜色相同时,我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温.色温(Tc)CIE色度图xy00.10.20.30.40.50.60.70.800.10.20.30.40.50.60.70.80.9077058057056051052055053054050049048038060020000K10000K7000K5000K3000K2000KAD65红蓝绿是三原色CIEXYZ系统LiDACChina,1-1-20071000K10000K色表=色温单位开氏温度(K)-273°C=0K绝对零度黑体轨迹线黑体温度曲线普朗克轨迹LiDACChina,1-1-200710000K2000K6000K5000K自然光北方的天空偏蓝的光中天的太阳昼光下午的太阳日光黄昏的天空偏红的光LiDACChina,1-1-20074100K1950K3000K2500K人造光源高压汞灯中性白色陶瓷金卤灯“活泼”暖白色白色高压钠灯“舒适”暖白色高压钠灯“装饰性”橙色LiDACChina,1-1-2007色温在室内照明中的实际应用4000K2500K3000K2900K开放式办公室中性白色会议室“活泼”暖白色房间入口处“欢迎性”白色小商店“舒适性”暖白色LiDACChina,1-1-20074100K1950K3000K2500K色温在室外照明中的实际应用绿色空间中性白色咖啡露台“活泼”暖白色市中心“舒适”暖白色住宅区域“装饰性”橙色LiDACChina,1-1-2007相同色温的光源有相同的颜色表现光源色温表现(Tc)色温(Tc)简单地说是用黑体的开氏温度(单位K)表示光源的颜色.开氏温度为摄氏温度加上2732700K烛光色3000K暖白色3500K白色4000K冷白色5000K日光色6500K冷日光色LiDACChina,1-1-2007LiDACChina,1-1-2007修正色温灯泡种类TcTL82系列TL84系列TL54系列高压钠灯(SON)高压汞灯(HPL)金卤灯(HPI)2650K4000K6500K2300K4000K4200K金卤灯(MHN-T)4200K金卤灯(MHD-TD)5600KLiDACChina,1-1-2007为产生舒适的照明照度与光源色温的关系色温和照度的关系由此可见，色温越高，达到舒适环境的照度越高LiDACChina,1-1-2007显色性任何物体的表面色都取决于物体表面对光线的选择性反射表面颜色的体现取决于光谱中的光波波长对于热辐射体(白炽灯),由于辐射连续光谱,所以各种颜色都可以体现对于选择性辐射体(气体放电灯),只有部分颜色可体现灯辐射的光谱中各种光谱的相对饱和度决定了在此灯光下物体表面色彩演绎的丰富程度,这就是灯的显色能力光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性,也就是颜色逼真的程度.显色性高的光源对颜色表现较好,我们所见到的颜色也就接近自然原色,显色性低的光源对颜色表现较差,我们所见到的颜色偏差也较大.国际照明委员会CIE表示,太阳光的显色指数为100,各类光源的显色指数各不相同.带有黄色滤片的白炽灯光照射下的显色性在低压钠灯光照射下的显色性LiDACChina,1-1-2007显色指数Ra即用数字来表达显色能力8到14个色样CIE色度坐标系统测试色样0～100LiDACChina,1-1-2007热辐射产生的连续光谱选择性辐射体产生的线光谱例如:白炽灯例如:气体放电灯光源显色性的发生LiDACChina,1-1-2007LiDACChina,1-1-2007Ra灯泡类型白炽灯100荧光灯33系列荧光灯54系列荧光灯84系列荧光灯94系列高压钠灯(SON)高压汞灯(HPL)低压钠灯(SOX)667785932645(-44)典型灯泡的显色性金属卤化物灯(HPI、MHN、CDM)(65-95)WLiDACChina,1-1-2007照明中常见的单位和度量LiDACChina,1-1-2007(LuminousFlux)-光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量,以F表示.单位:流明(lm)例如:当发出波长为555nm绿色光的单色光源,其辐射功率为1W时,则它所发出的光通量为683lm光通量LiDACChina,1-1-2007光通量某些实际例子光源类型功率光通量指形灯3W30lm白炽灯Softone75W900lm紧凑型荧光灯SL18W900lm荧光灯TLD58W/835200lm高压钠灯SONTPlus100W10500lm低压钠灯SOX-E131W26000lm高压汞灯HPLN1000W58500lmLiDACChina,1-1-2007光效单位lm/W，代表每W的电能可以转化成多少lm的光通量，是衡量光源效率的指标，也是判断光源是否节能的指标。不同种类的光源光效差别很大。LiDACChina,1-1-2007d球面度dF流明I=光通量立体角=(LuminousIntensity)光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向上的光强度(简称光强),以I表示.单位:坎德拉(cd)光强度LiDACChina,1-1-