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1、光源与（照明）设计基础,照明好坏的判据,照明水平（照度）视场中的亮度分布眩光的防护光的空间分布色温和显色性能,可见光部分的波长范围为380780nm.由单一波长组成的光称为单色光,不同的单色光有不同的颜色.波长的单位是 nm 或mm1nm(纳米)=10-9m(米);1mm(微米)=10-6m(米),辐射和光-可见光,汞和太阳的可见辐射光谱,光源的四个发展阶段,1,2,3,4,普通白炽灯,白炽灯是根据热辐射原理制成的白炽灯的主要部件为灯丝、支架、泡壳、填充气体和灯头,卤钨灯,光产生原理与白炽灯一致填充气体：添加卤素(溴化物形式)耐高温的石英玻璃 减少灯丝的蒸发率，增加灯的寿命无泡壳黑化现象，光衰
2、减少,卤钨灯的类型,低电压型:MR型卤钨灯是低电压型卤钨灯的代表,它由灯泡和反射镜封在一 起,抛物面是由玻璃压制而成,内表面涂多层介质膜,卤钨灯的可见光被反射 到需要照明的物体上,而所发射的红外线绝大部分透过反射镜被滤掉了,MR型卤钨灯,气体放电,气体放电灯,气体放电灯的结构示意图B为泡壳,A和C为电极,G为填充气体A为阳极,C为阴极,放电灯工作电路示意图,荧光灯的工作原理,荧光灯的工作原理:灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内的低气压汞蒸气放电将60%左右的输入电能转变成波长为253.7nm的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光,紫外辐射,可
3、见光,荧光粉,汞原子,电子,电极,荧光灯的工作原理,气体放电灯的负伏安特性,负阻特性 限流装置-补偿负阻特性 启动装置-克服启动时气体较冷条件下的高电阻,荧光灯附件,电气附件镇流器和启辉器,细管径荧光灯荧光灯,近来荧光灯的细管径化开发日趋活跃，除现已大量生产上市的T8(26mm)灯外，又先后研制了T5(16，5mm)、T2(7mm)的超细管径荧光灯。,T8直管荧光灯的典型参数,飞利浦TL5系列荧光灯参数,CFL荧光灯的主要类型,紧凑型荧光灯:分为一体化(I)和非一体化(NI)两种类型各种紧凑型荧光灯形状不尽相同,有U形、H形、P形、螺旋型等等,但其结构原理和性能是大同小异的,高压钠灯,金属卤化
4、物灯的主要部件,电弧管和支架电极外泡壳填充气体灯头,单泡壳双端型双泡壳双端型双泡壳单端型陶瓷电弧管金属卤化物灯,金属卤化物灯的主要类型,陶瓷管能耐更高温度,化学性质极其稳定,因而做成的金属卤化物灯不仅光效更高,光色更好,而且颜色稳定,灯的寿命更长,陶瓷金卤灯性能改进,光效,光效m/W,石英管MHW,陶瓷管金卤灯,白钠灯,卤钨灯白炽灯,光效,光色,颜色特性(CRI+光色稳定性+光色评估),利浦直管单端陶瓷金属卤化物灯的参数,利浦陶瓷金属卤化物灯的光谱 左边3000K，显色指数8285；右边4000K，显色指数9093,LUXEON STAR,单色光LED的应用举例,trafficsignal,v
5、ideo screen,Automotive,brake/tail,turn/marker,InGaN,AlInGaP,AlInGaP,AlInGaP,AlInGaP,InGaN,InGaN,白光LED,灯的寿命,技术寿命:灯点燃到不能工作的时间。平均寿命:在测试当中，50%的灯不能工作时所点燃的时间。经济寿命:当综合光输出下降到某一百分比时所点燃的时间(室外70%,室内80%是可接受的数据),灯的寿命,灯寿命:下图为TL84系列荧光灯的平均寿命和经济寿命的相对关系,常用照明电光源的主要特性比较,注：光效为不含镇流器损耗时的数据。指发光体的平均亮度。电感式镇流器。电子式镇流器。一体化紧凑型荧光
6、灯可视为“无附件”。随着制灯技术的发展，这些参数都会变化，这里是2000年数据。,光度量及其单位,光源,光通量(流明),光强(坎德拉),眼睛,亮度(坎/平方米),照度(勒克斯),从光源到眼睛,光度量及其单位,光通量:(Luminous Flux)-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,光度量及其单位-光通量,所谓发光效率(简称光效)是指一个光源(一般指照明用电光源)所发出的光通量F与该光源所消耗的电功率P之比:h=F/P,光效(lm/W)光源 200低压钠灯 13
7、0高压钠灯 100/80荧光灯 90金卤灯 85CFL 70标准荧光灯 65汞灯 25卤钨灯 15 白炽灯,光度量及其单位-发光效率,光强度:(Luminous Intensity)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),光度量及其单位-光强度,d球面度,d流明,I=,光通量,立体角,=,照度,流明,面积(m2),单位面积接受到的光通量,单位:勒克斯lx符号:E,光度量及其单位-光照度,对各种场所或活动形式的推荐照度值,400-500 Lux,200-300 Lux,光亮度:(Luminance)光源在某一方向的光亮
8、度(简称亮度)是光源在该方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量.以L表示.,L(亮度)=d I/d S cosq单位:坎/平方米(cd/m2),它直接影响人眼的主观感觉.照度一定时,物体的反射率越大,亮度越高:L=k E对余弦辐射体,M=p L,光度量及其单位-光亮度,某些实际例子,光度量及其单位-光亮度,作业区周围环境的亮度应比作业区的亮度低,但不低于其1/3:当照度为5001000lx时:作业区墙壁的亮度应为50100cd.m-2,其反射率为0.50.8作业区天棚壁的亮度应为100300cd.m-2,但不能大于500cd.m-2,室内照明的亮度分布,空间的亮度分布,光度量及其单位-相
9、互关系,_只对余弦辐射体,色温和显色性,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273,例如:2700K 烛光色3000K 暖白色3500K 白色4000K 冷白色5000K 日光色6500K 冷日光色,色温的含义和相关色温,色温(Tc),色温和照度低照度暖色高照度冷色白天补充自然光高色温转播特殊要求,色温和色表,色温和色表及其照度的关系,色表:人眼直接观察光源时看到的颜色.用色坐标、色温等参数来描述.,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,显色性,显色指数:反映被照物体颜色的真实度.用8种标准试验色(1-8)比较待测光源的显色和
10、太阳光下的显色差异度的平均值称为平均显色指数Ra.,特殊显色指数:如R912分别表示红,黄,绿,蓝标准色彩;R13表示皮肤色；R14表示植物色.,显色性是指光源的光照射到物体上产生的客观效果,评价显色性的方法:光谱带法,试验色法.,计算显色指数的色板,汞和太阳的可见辐射光谱,低压钠灯的光谱分布,眩光的防止与立体感的表现,Illuminance,Luminance,空间的光分布决定了视觉光环境,视觉光环境-眩 光,眩光的种类和定义:眩光:当视场中某光源或物体的亮度比眼睛已适应的亮度大得多时,人就会有眩目的感觉,此现象称为眩光.眩光分为不舒适眩光和失能眩光.不舒适眩光:造成不舒适感觉的眩光.失能眩
11、光:造成可见度下降的眩光.眩光来源有直接眩光-由观察者视场中的明亮的发光体(如灯具)引起的眩光和间接眩光-观察者在光泽表面中看到发光体的像时产生的眩光注意:眩光相当于使背景亮度增加,对比度下降,水的反射眩光,灯具的直接眩光,反射眩光和直接眩光,视觉光环境-眩 光,眩光的分级:根据作业和活动的种类决定,防止眩光遮光器,保护角:在过灯具开口面的水平线和刚能看到光源发光部的视线之间的夹角a;对于磨砂泡或有荧光粉涂层的灯,整个灯是发光体;对于透明泡壳,钨丝或电弧管才是发光体截光角:与保护角互余,指水平线和视线之间的夹角b,对最小保护角的要求,视觉光环境-眩 光,视觉光环境-眩光的控制,眩光的控制:眩光
12、敏感观察区:偏离垂直方向450g的角度范围,角度g为:g=arc tan(a/hs)式中hs 为灯具在观察者眼睛上方的高度,a为最远观察者到最远灯具的距离,g的最大值为850,控制眩光的方式:适当的灯具保护角合理的安装高度安装位置工作面的表面情况,视觉光环境-阴影与立体感,?为了形成舒适的立体效果,必须很好地控制定向光和漫射光的比例?光的方向性不能太强,否则形成的阴影太生硬,反而给人不舒适的感觉?光不能太扩散,完全的漫射光不能形成阴影,使客体看起来十分平淡,I垂直与水平照度之比:在主观察方向的垂直照度与水平照度之比应不小于0.25,各种场所对灯性能的要求及推荐的灯种（CIE1983）,下表注：
13、各种使用场合都需要高光效的灯，不但灯的光效要高，而且照明总效率要高，同时应满足显色性的要求，并适合特定场所的其他要求。光输出值高低按以下分类：高：大于10000lm，中：300010000lm，小：小于3000lm。显色指数的分级如下：A：Ra90；B：90Ra80；：80Ra60；：60Ra40；：Ra40。色温的分级如下：1：3300K；2：33005300K；3：5300K。各种灯的符号：白炽灯I：钨丝白炽灯,H：卤钨灯;高压钠灯S：标准型,IC：改显色型,HC：高显色型;荧光灯S:标准型，HC：高显色型，3：三基色型，C:紧凑型；汞灯F：荧光高压汞灯；金属卤化物灯 S：标准型 HC：高显色型。需要电视转播的体育照明，应满足电视演播照明的要求。,谢 谢 大 家!,思考题,1。光源的分类和四个主要的发展阶段。2。光源的色温和显色指数都是由其光谱所决定的。这句话对不对？为什么？3。光通量、光强、照度、亮度和眩光的定义。4。如何判断照明的质量？,
