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1、第十章 色度和光度测试技术,2023/9/28,2,概 述,色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的学科。颜色感觉与听觉、嗅觉、味觉等一样都是外界刺激使人的感觉器官产生的感觉。色度学是研究颜色度量和评价方法的学科，是以光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性科学。现代色度学，是一门实验性非常强的学科。,2023/9/28,3,10-1 色度学的基本概念和实验定律,2023/9/28,4,10-1 色度学的基本概念和实验定律,1格拉斯曼(H.Grassman)颜色混合定律格拉斯曼在总结以往颜色混合实验现象的基础上，于1854年归纳总结出几条实验规律，它是建立现代色度学的基
2、础。11 颜色的属性明度是指人眼对物体的明暗感觉。色调是指彩色彼此相互区分的特性。可见光谱中不同波长的辐射在视觉上表现为各种色调，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。彩度表示物体颜色的浓淡程度或颜色的纯洁性，又称饱和度。物体色的彩度决定于物体表面反射光谱辐射的选择性程度。,2023/9/28,5,10-1 色度学的基本概念和实验定律,1格拉斯曼(H.Grassman)颜色混合定律1.2 补色律和中间色律 在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续变化，混合色的外貌也连续地变化。由此导出两个定律：补色律和中间色律。补色律 每种颜色都有一个相应的补色；某一颜色与其补色以适当比例混合，便产生白色或灰色
3、；以其它比例混合，便产生近似比重大的颜色成分的中间色。中间色律 任何两个非补色混合，便产生中间色，其色调决定于两个颜色的相对数量，其彩度主要决定于两者在色调顺序上的远近。,2023/9/28,6,10-1 色度学的基本概念和实验定律,1格拉斯曼(H.Grassman)颜色混合定律1.3 代替律代替律 相似色（即外貌相同的颜色）混合后仍相似。如果颜色A=颜色B，颜色C颜色D，那么颜色A颜色C=颜色B+颜色D根据代替律，可以利用颜色混合的方法来产生或代替所需要的各种颜色。它是一条非常重要的定律。1.4 亮度相加律亮度相加律 混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和。,以上所说的格拉斯曼颜色
4、混合定律是色度学的一般规律，适用于各种颜色的相加混合，但是这些规律不适用于染料或涂料的混合，因为染料和涂料的混合是颜色光的相减过程。,2023/9/28,7,10-1 色度学的基本概念和实验定律,2色度学中的基本概念21 三原色把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法叫颜色匹配。在颜色匹配实验中，为匹配得到某一种颜色，一般需要三种颜色就可以达到匹配目的。通常称在颜色匹配实验中选取的三种颜色为三原色。三原色可以任意选定；但是三原色中任何一种原色不能由另外两种原色相加混合得到；最常用的是红、绿、蓝三原色。由三原色混合而成的新的颜色只表示了被匹配颜色的外貌，而不能表示它的光谱组成。例如，由红、绿、蓝三
5、色光混合而成的白光与连续光谱的白光在视觉上一样，但是它们的光谱组成成分却不一样，这种情况称之为同色异谱。,2023/9/28,8,10-1 色度学的基本概念和实验定律,2色度学中的基本概念2.2 三刺激值色度学中是用三原色来表示颜色的。匹配某种颜色所需的三原色的量，称为颜色的三刺激值。三刺激值不是用物理单位来量度的，而是用色度学的单位来量度。具体规定为：在380780nm的可见光波长范围内，各种波长的辐射能量均相等时，称为等能光谱色。由其构成的白光称等能白光，简称E光源。等能白光的三刺激值是相等的，且均定为一个单位。,2023/9/28,9,10-1 色度学的基本概念和实验定律,2色度学中的基
6、本概念2.3 光谱三刺激值或颜色匹配函数用三刺激值可以表示各种颜色，对于各种波长的光谱色也不例外。匹配等能光谱色所需三原色的量叫作光谱三刺激值，也叫作颜色的匹配函数。对于不同波长的光谱色，其三刺激值显然是波长的函数。用红、绿、蓝作为三原色时，光谱三刺激值或颜色匹配函数用 来表示。由于任何颜色的光都可以看成是由不同单色光混合而成，所以光谱三刺激值是颜色色度计算的基础。,2023/9/28,10,10-1 色度学的基本概念和实验定律,2色度学中的基本概念2.4 色品坐标三原色确定后，一种颜色的三刺激值是唯一的，因此，可以用三刺激值表示颜色。但是，由于准确测量三刺激值存在着技术上的困难，而且用三刺激
7、值表示颜色很不直观，因而一般不直接用其表示颜色，而是用其在三刺激值总和中所占的比例来表示颜色。这三个比例值叫作色品坐标。假定某颜色的三刺激值分别为R、G、B，色品坐标为r、g、b，则有显然因此，有,2023/9/28,11,10-1 色度学的基本概念和实验定律,2色度学中的基本概念2.5 光源色和物体色的三刺激值颜色刺激函数表示某颜色刺激与波长的关系函数，以表示。无论光源色或物体色可看成是波长范围在380780nm内的各光谱色以不同的比例混合的产物。对于波长为的光谱色，其三刺激值R、G和B应分别和其光谱三刺激值 以及颜色刺激函数成正比。故有式中，k为常数，称为颜色调节因子。,，,，,2023/
8、9/28,12,10-1 色度学的基本概念和实验定律,2色度学中的基本概念2.5 光源色和物体色的三刺激值当波长范围趋向于无限小时，光谱色的三刺激值为380780nm内所有光谱色对应的三刺激值总和就应当是被考虑颜色的三刺激值，即,2023/9/28,13,10-1 色度学的基本概念和实验定律,2色度学中的基本概念2.5 光源色和物体色的三刺激值对于光源色，颜色刺激函数 就是光源的光谱功率分布，即 故有,物体色既和照明光源的光谱功率分布有关，也和物体的光学性质有关。对于透射物体对于反射物体,2023/9/28,14,10-1 色度学的基本概念和实验定律,3CIE标准表色度系统国际照明委员会（英文
9、缩写CIE）曾推荐了几种色度学系统，以统一颜色的表示方法和测量条件。国际照明委员会在1931年同时推荐了两套色度学系统：1931CIE-RGB系统和1931CIE-XYZ系统，1964年又推荐了CIE1964补充标准色度学系统。表色系统一般包括：三原色三原色的单位光谱三刺激值等,2023/9/28,15,10-1 色度学的基本概念和实验定律,3CIE标准表色度系统3.1 1931CIE-RGB系统三原色：红(R)(700nm)、绿(G)(546.1nm)、蓝(B)(435.8nm)三原色单位：三原色光（R）、（G）、（B）单位刺激值的光亮度比为1.0000：4.5907：0.0601；辐亮度比
10、为72.0962：1.3791：1.0000。光谱三刺激值：,2023/9/28,16,10-1 色度学的基本概念和实验定律,3CIE标准表色度系统3.2 1931CIE-XYZ系统三原色：1931CIE-XYZ系统的三原色选择的要求是：第一，用三原色匹配等能的光谱色时，三刺激值均为正；第二，色品图上表示的实际不存在的颜色所占的面积尽量小；第三，用Y刺激值表示颜色的亮度。（X）、（Y）、（Z）作为色度学系统的三原色是有意义的，但实际上并不存在这三种颜色。XYZ系统的光谱三刺激值也无法通过颜色匹配实验直接得到，而是以1931CIERGB系统光谱色品坐标值换算求得。光谱三刺激值：,这段不是光谱色，
11、而是770nm（红）和380nm（紫）两光谱色混合色的色品轨迹。,2023/9/28,17,10-1 色度学的基本概念和实验定律,3CIE标准表色度系统3.3 CIE1964补充标准色度学系统前面讨论的1931CIE-RGB标准色度学系统和1931CIE-XYZ标准色度学系统的基本数据都是从莱特和吉尔德实验数据换算求得的，因此，它们只适用于小视场角（4）的情况下的颜色标定。为适应大视场情况下颜色的测量和标定，CIE在1964公布了CIE1964补充色度学系统。它规定了适合于10视场使用的CIE1964补充色度观察者光谱三刺激值和色品图。其计算方法与1931CIE-XYZ系统的三刺激值和色品坐标
12、的计算方法完全相同，只不过要用本系统所规定的基本数据。为了与1931CIE-XYZ系统相区别，所用的符号要加下标“10”。例如，三刺激值表示为X10、Y10、Z10等。,2023/9/28,18,10-1 色度学的基本概念和实验定律,3CIE标准表色度系统总结起来，用该色度学系统表示颜色的方法有以下两种：1）三刺激值表示颜色。最常用的是1931CIE-XYZ标准色度学系统中所规定的三刺激值X、Y、Z。该方法表示颜色的困难是三刺激值由于难于定标而难于准确测量。2）色品坐标x、y以及Y刺激值表示颜色。用x、y和Y表示颜色是常用的方法。,2023/9/28,19,10-1 色度学的基本概念和实验定律
13、,4CIE标准照明体和标准光源在测量光学系统的光度和色度性能时，必须在统一规定的照明光源下，测量结果才可以互相比较。为了统一测量标准，国际照明委员会（CIE）规定了标准照明体和标准光源。4.1 色温和相关色温当某种光源的色品与某一温度下的黑体色品相同时，则将黑体的温度称为光源的颜色温度，简称色温。相关色温,2023/9/28,20,10-1 色度学的基本概念和实验定律,4CIE标准照明体和标准光源4.2 CIE标准照明体和标准光源CIE对“光源”和“照明体”的定义分别为：“光源”是指能发光的物理辐射体，如灯、太阳等。“照明体”是指特定的相对光谱功率分布，这种相对光谱功率分布不一定能用一个具体的
14、光源来实现，而是以数据表格给出。CIE规定了“标准光源”和“标准照明体”的光谱分布。（1）CIE标准照明体A、B、C、E、D标准照明体A 代表绝对温度2856K（1990年国际实用温标）的完全辐射体的辐射。它的色品坐标落在CIE1931色品图的黑体轨迹上。标准照明体B 代表相关色温约为4874K的直射日光，它的光色相当于中午的日光，其色品坐标紧靠黑体轨迹。标准照明体C 代表相关色温约为6774K的平均昼光。它的光色近似于阴天的天空光，其色品坐标位于黑体轨迹下方。,2023/9/28,21,10-1 色度学的基本概念和实验定律,4CIE标准照明体和标准光源4.2 CIE标准照明体和标准光源标准照
15、明体E 在可见光波段内的相对光谱功率为恒定值的照明体。又称为等能光谱或等能白光。这是一种人为规定的相对光谱功率分布，实际中是不存在的。标准照明体D 代表各时相（不同时间、季节和气候条件）日光的相对光谱功率分布，这种光也叫典型日光或重组日光。对于任意相关色温的D照明体的光谱功率分布都可以由公式求得;CIE在标准照明体D中推荐了几种特定的相对光谱功率分布，作为在光度、色度计算和测量中的标准日光。它们分别称为CIE标准照明体D65、D55、D75。,2023/9/28,22,10-1 色度学的基本概念和实验定律,4CIE标准照明体和标准光源4.2 CIE标准照明体和标准光源（2）CIE标准光源A、B
16、、C、D65标准光源A 由色温2856K的透明玻璃充气钨丝灯作为A光源来实现标准照明体A。如果要求准确地模拟紫外部分的相对光谱功率分布，则推荐使用熔融石英玻璃壳或者带石英窗口的灯泡。标准光源B、C 由标准光源A加上各自相应的一组特定的戴维斯一吉伯逊（Davis-Gib-son）液体滤光器组成，用来实现标准照明体B和C。标准照明体D 对应于标准照明体D，CIE尚未推荐出相应的标准光源，因此标准照明体D的模拟成为当前光源研究的重要课题之一。目前研制的模拟似D65标准照明体的人工光源有：带滤光器的高压氙灯、带滤光器的白炽灯和带滤光器的荧光灯三种。,2023/9/28,23,10-1 色度学的基本概念
17、和实验定律,小结:,1格拉斯曼(H.Grassman)颜色混合定律颜色的属性：明度、色调、彩度补色律和中间色律代替律亮度相加律,2色度学中的基本概念颜色匹配、三原色、同色异谱等能光谱色、等能白光、颜色的三刺激值、光谱三刺激值、色品坐标颜色刺激、颜色刺激函数,3CIE标准表色度系统1931CIE-RGB系统、1931CIE-XYZ系统、CIE1964补充标准色度学系统,4CIE标准照明体和标准光源色温、相关色温光源、照明体,2023/9/28,24,10-2 CIE色度计算方法,2023/9/28,25,10-2 CIE色度计算方法,CIE除了推荐标准色度系统外，还推荐了一系列的计算方法。如：色
18、品坐标的计算颜色相加计算主波长和色纯度计算色差计算同色异谱程度的计算等,2023/9/28,26,10-2 CIE色度计算方法,1 色品坐标计算已知某颜色的刺激函数，要计算颜色的色品坐标，必须先求得颜色的三刺激值。计算公式为：,k叫做归化系数，它是将照明物体（或光源）的Y值归一化为100时得出的,为波长的光谱三刺激值,自发光物体色：透射物体色：反射物体色：,2023/9/28,27,10-2 CIE色度计算方法,1 色品坐标计算计算出物体的三刺激值后，由下式计算其色品度坐标,注意式中的Y是被测色的光通量,2023/9/28,28,10-2 CIE色度计算方法,2 颜色相加计算已知两种颜色各自的
19、色品度坐标计算x1、y1、亮度Y1，x2、y2、亮度Y2。计算法原则：混合色的三刺激值为各个混合色的三刺激值的和；可 以推广到更多种颜色相加混合。可以表示为,2023/9/28,29,10-2 CIE色度计算方法,2 颜色相加计算计算步骤：,由,可得,于是,混合色的色品坐标和亮度为,2023/9/28,30,10-2 CIE色度计算方法,2 颜色相加计算作图法在CIE1931色品图上应用重力中心定律的原理用作图法求出混合色的色品点。,2023/9/28,31,10-2 CIE色度计算方法,3 主波长和色纯度计算主波长用某一光谱色按照一定比例与一特定的参照光源（如等能白光E，CIE标准光源A、C
20、，标准照明体D65）相混合匹配出某种颜色，则该光谱色的波长就是该颜色的主波长d。但是，在色品图上光谱轨迹两端（400nm和700nm）与参照光源的色品点组成的三角区域内的颜色没有主波长，因而引入补色波长概念，用-d表示。已知某颜色的色品坐标（x，y）和参照光源的坐标（x0，y0），可以方便地用作图法确定某颜色的主波长或补色波长。,2023/9/28,32,10-2 CIE色度计算方法,3 主波长和色纯度计算色纯度色纯度是指样品颜色同主波长光谱色接近的程度，色纯度有兴奋纯度和亮度纯度两种。,兴奋纯度,兴奋纯度与前述的彩度含义相同。,它表明主波长的光谱色在样品颜色中所占亮度比重,亮度纯度,2023
21、/9/28,33,10-3 色度的测试方法和应用,2023/9/28,34,10-3 色度的测试方法和应用,1 积分球及其应用在色度与光度测量装置中广泛使用积分球部件。结构特点积分球是一个中空的金属球体；球壁上开有一个或几个窗孔，用于进光和放置光接收器件；球内壁上应涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系数接近1的材料。常用的材料是氧化镁（或硫酸钡）。性能特点与要求可以证明，进入积分球的光经过吸收很小的内壁涂层的多次反射，最后可达到内壁上具有均匀分布的照度。并且该照度较入射光通量除以球内壁面积的照度值大得多（可提高信噪比）。积分球上的总开孔面积应尽可能小，把积分球的直径做得比较大。,2023/9/
22、28,35,10-3 色度的测试方法和应用,1 积分球及其应用用途：,1,2,3,4,5,a）光接收器 b）均匀亮物面 c）球形平行光管1-硒光电池 2光源 3-开孔塞子 4-牛角形消光管 5-准直物镜,带有准直物镜、灯泡和黑、白塞子的积分球体称为球形平行光管,2023/9/28,36,10-3 色度的测试方法和应用,2 颜色的测量方法和仪器*颜色的测量必须建立在现代色度学的基础之上。任何测色仪器只要能给出与CIE推荐的标准完全一致的三刺激值，该仪器就认为是准确的，而不论它是否能真正给出物体呈现在观察者眼里的色刺激外貌。测色的方法分类：,2023/9/28,37,10-3 色度的测试方法和应用
23、,2 颜色的测量方法和仪器色度计光电色度计可以由仪器的响应值直接得到颜色的三刺激值。光电色度计由照明光源、校正滤光器、探测器组成。关键问题是设计修正照明光源和探测器光谱特性的校正滤光器。,为了模拟标准观测者在标准照明体下观察物体颜色特性，色度仪器的总光谱灵敏度必须符合卢瑟条件。卢瑟条件是校正滤光器设计的基础，以公式表示如下,仪器内部光源的光谱功率分布,为比例常数,校正滤光器的光谱透射比,探测器的光谱灵敏度,选定CIE推荐的标准照明体的光谱功率分布,标准色度观察者的光谱三刺激值,核心问题：滤光器的设计,2023/9/28,38,10-3 色度的测试方法和应用,2 颜色的测量方法和仪器色度计光电色
24、度计有四个探测器和三个探测器之分。,CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线,2023/9/28,39,10-3 色度的测试方法和应用,2 颜色的测量方法和仪器色度计基本结构：特点：方便现场使用准确度不高常用于比较两种颜色,2023/9/28,40,10-3 色度的测试方法和应用,2 颜色的测量方法和仪器测色分光光度计利用测色分光光度计可以测量物体的透射色和反射色。原理：这类仪器不是直接测量颜色的三刺激值，而是测量物体的光谱反射率或光谱透射特性，再用前述的CIE推荐的标准照明体和标准色度观察者的光谱三刺激值，利用公式计算求得被测颜色的三刺激值。与色度计方式测色比较，其特点：测量准确度高，仪
25、器复杂和昂贵，数据处理也较复杂,2023/9/28,41,10-3 色度的测试方法和应用,2023/9/28,42,10-3 色度的测试方法和应用,3 测色应用例有色光学玻璃的色度测量首先应测量出它的光谱透射比数据；根据前面介绍的CIE色度计算方法，计算出在某种光源照射下的颜色三刺激值和色品坐标；并进一步地可以得到描述颜色的色品特征的两个指标，即主波长和色纯度。计算例参见书上的例子。,2023/9/28,43,10-5 光学系统透过率测试技术,2023/9/28,44,10-5 光学系统透过率测试技术,概述光学系统的透过率反映了经过该系统之后光能量的损失程度，是系统成像质量的重要指标之一。光能
26、量损失，亮度将降低；光谱特性变坏；产生杂散光；彩色还原效果变差。,2023/9/28,45,10-5 光学系统透过率测试技术,定义：光学系统的透过率,光学系统的光谱透过率,光学系统的白光透过率,考虑照明光源、光学系统、接收器的总的透过率,2023/9/28,46,10-5 光学系统透过率测试技术,1望远系统透过率的测量,望远系统的白光透过率为,测望远镜系统的光谱透过率，将照明光源换成单色光即可，并在规定波长范围内按一定波长间隔逐点进行透过率测量,2023/9/28,47,10-5 光学系统透过率测试技术,2照相物镜透过率的测量照相物镜透过率测量和望远系统透过率测量方法基本相同，也分空测和实测两
27、步：照相物镜的透过率一般都是指轴上透过率，也有一些广角照相物镜需要测量透过率随视场变化的情况。,2023/9/28,48,10-5 光学系统透过率测试技术,2照相物镜透过率的测量 2.1 照相物镜轴上点透过率的测量,2023/9/28,49,10-5 光学系统透过率测试技术,2照相物镜透过率的测量 2.1 照相物镜轴上点透过率的测量,注意：会聚光路中积分球的位置变化和光束控制不切割光束,2023/9/28,50,10-5 光学系统透过率测试技术,2照相物镜透过率的测量 2.2 照相物镜轴外点透过率的测量*应注意使入射光束的中心通过入瞳中心。,2023/9/28,51,10-5 光学系统透过率测
28、试技术,2照相物镜透过率的测量 2.3测量条件和注意事项光学系统透过率的测量值与测量条件有密切关系，为了使测量结果能互相比较，必须要制订统一的测量条件标准。下面是国际标准化组织（ISO）在照相物镜光谱透过率测量标准中的测量条件中提出的几点建议：单色仪的出射狭缝高度必须小于平行光管物镜焦距的130。测量光束直径应等于被测照相物镜入瞳直径一半，光束中心与入瞳中心重合。对一般的照相物镜，测量光谱透过率的波长范围可为360700nm。测量波长间隔的选取原则是：当每nm的透过率变化量大于0.2时，波长间隔取20nm，否则取40nm。单色仪出射的单色光的半宽度应不大于10nm。如果使用窄带滤光片，则在被测
29、物镜透射率每nm变化量小于0.2时，半宽度选为20nm即可。每nm变化量大于0.2时，半宽度应适当小些。,2023/9/28,52,10-5 光学系统透过率测试技术,2照相物镜透过率的测量 2.3测量条件和注意事项积分球的直径和位置应使投射到其后壁上的光斑直径为可变光阑直径的0.52倍。另外，积分球入口处光束直径不得超过积分球入口直径的四分之三，并且光束应位于孔中央。测量时还应注意被测物镜的外露光学表面应擦拭干净，测量应在暗室内进行，仪器照明光源漏光不能进入积分球，光电探测器应有足够好的线性，在整个测量过程中要保持光源稳定。,2023/9/28,53,光度与照明技术,2023/9/28,54,
30、照明的四个基本度量,光通量,光强度,照度,亮度,2023/9/28,55,什么是光通量？,光源在单位时间内发出的光的总量称光通量,以F表示.单位为流明(lm),1w(波长555纳米）=683 流明常见某些光源的光通量：自行车头灯:、3W30 lm白志灯:75W900 lm荧光灯:TLD 58W5200 lm,2023/9/28,56,波长(nm),相对视觉灵敏度,400,0,500,600,700,800,555 nm,0,2,0,4,0,6,0,8,1,0,光谱视觉敏感度,人眼在可见光谱范围的视觉敏感度随波长而变化,峰值为555 n m(绿色).光通量就是以人眼视觉曲线为标准的能量.,202
31、3/9/28,57,辐射功率比重对比光谱视觉敏感度,Na,波长(nm),400,500,600,700,800,555 nm,490 nm,589 nm,相对视觉灵敏度,0,0,2,0,4,0,6,0,8,1,0,1w(波长555纳米）=683 流明,1w(波长490纳米）=0.2*683=137 流明,2023/9/28,58,人眼,绿色植物,400,500,600,700,800,555 nm,675 nm,0,0,2,0,4,0,6,0,8,1,0,人眼的灵敏度和绿色植物光合作用,相对视觉灵敏度,波长(nm),2023/9/28,59,什么是发光强度？,*发光强度是通过照度计在距离光源较
32、大一段距离时测量的。,I,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.单位为坎德拉(cd),2023/9/28,60,什么是照度？,入射于被照物体单位面积上的光通量就是照度。以E表示。单位为勒克斯(lx=lm/m2),*照度与光通量入射到表面的方向无关。,2023/9/28,61,100 lux 2500 lux 5000 lux 10 000 lux 100 000 lux,通常室内外照度等级(中午阳光下不同位置的照度),2023/9/28,62,什么是亮度？,*亮度是根据对比而来，因此是由主观感觉决定的，它取决于照度和材料的反射特性。因为
33、在计划阶段，这些材料大部分是未知的，因此只有照度是可以预知的。,光源在某一方向的光亮度(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.单位为坎德拉/平方米(cd/m2),2023/9/28,63,什么是固体的表观面积？它和亮度的关系？,用圆锥体来演示,表观面积即与观察方向成直角的一个平面上，其表面任意区域的投射。因为光强度和表观面积都和距离无关，所以亮度也和距离无关,2023/9/28,64,光源结构及原理,在照明工程中常用的光源有白炽发光的白炽灯和卤钨灯，低压气体放电的各种荧光灯和高强气体放电的荧光高压汞灯，金属卤化物灯和高压钠灯等。常用光源分类如下表：,202
34、3/9/28,65,2023/9/28,66,不同光源所呈现色温显色指数分类,2023/9/28,67,白炽灯与卤钨灯 一、白炽灯原理凡是根据热辐射原理工作的光源都可称为白炽灯。目前常用的白炽灯分两类，即普通白炽灯和卤钨灯。白炽灯靠电能将灯丝加热到白炽而发光。在灯丝发光的同时还产生大量的红外辐射和小量的紫外辐射，它们最终以热能的形式而损失掉。显然，要想提高白炽灯的光效，应选用高熔点材料做灯丝，并使之在尽可能高的温度下工作。（一）白炽灯的结构普通白炽灯泡由钨丝、玻璃泡、灯头、支架、引线等几部分组成，内充氩、氮、或氩氮混合气体，通常的工作压力约为1.013x105Pa，而氩氮的比例由额定电压和灯丝
35、温度而定，通常白炽灯使用氩气在86%98%之间。,2023/9/28,68,白炽灯类型：白炽灯泡有普泡、蘑菇泡、圆球泡、烛形泡、反射泡、节日泡和花生米灯泡等系列产品。（一）白炽灯的色温、显色指数白炽灯的光效较低（约为1217lm/W），色温较低一般为24002900K，但显色性较高，显色指数Ra高达99100。到目前为止，它是应用最广泛的一种光源。,2023/9/28,69,二、卤钨灯卤钨灯属于热辐射光源，工作原理基本上与普通白炽灯一样，在结构上有较大的的差别。最突出的差别就是卤钨灯泡内所填充的气体含有部分卤族元素或卤化物。卤钨灯的光效较高（约为1821lm/W），色温较低一般为2700330
36、0K，显色性较高，显色指数Ra高达99100。（一）卤钨灯的结构 卤钨灯是由钨丝、充入卤素的玻璃泡和灯头等构成。卤钨灯有双端、单端和双泡壳之分；（二）卤钨灯的分类1按充入灯泡内的不同卤素可为碘钨灯和溴钨灯；2按灯泡外壳材料的不同可分为硬质玻璃卤钨灯、石英玻璃卤钨灯；,2023/9/28,70,3卤钨灯按工作电压的高低不同可分为市电卤钨灯（220V）和低电压型卤钨灯（6V、12V、24V）；4卤钨灯按灯头结构的不同可分为双端、单端卤钨灯；（三）卤钨灯的工作原理 当充入卤素物质的灯泡通电工作时，从灯丝蒸发出来的钨，与卤素化合，形成一种挥发性的卤钨化合物。卤钨化合物在灯泡中扩散运动，当扩散到较热的灯
37、丝周围区域时，卤钨化合物分解成卤素和钨，释放出来的钨沉积在灯丝上，而卤素再继续扩散到其温度较低的灯泡壁区域与钨化合，形成卤钨循环。,2023/9/28,71,（四）卤钨灯的应用使用时应注意以下问题：卤钨灯不适用于低温场合。双端卤钨灯工作时，灯管应水平安装，其倾斜角度不得超过40，否则会缩短其使用寿命；另外，由于卤钨灯灯丝细长又脆，卤钨灯使用时，要避免震动和撞击，也不宜作为移动照明灯具。,灯杯（MR16、MR11）,灯珠,PAR灯光源,2023/9/28,72,荧光灯荧光灯与白炽灯的发光原理完全不同，荧光灯是一种低压气体放电灯。所谓气体放电就是指电流通过气体媒介时的放电现象。气体放电现象是非常普
38、遍的，例如厦日雷雨时的闪电，使用电焊机时产生很强的光等都是气体放电现象。,2023/9/28,73,一、荧光灯的发光原理 荧光灯的常用荧光粉是三基色粉；一种低压汞蒸气体放电灯。灯管内水银蒸气的原子在放电时激发出253.7nm紫外线。紫外辐射被管壁上的荧光粉吸收，转变成可见光。转换效率和灯的颜色主要取决于荧光粉的种类和性质。二、荧光灯的光电特征 1、电压特性：电源电压的变化，会引起各种特性的变化。无论电压过高或过低，都会缩短灯的寿命，因为电源电压增高，使灯电流增大，灯管会黑化，寿命缩短；而电源电压降低，电极温度降低，灯不易启动，促使电极物质溅散，也使寿命缩短，所以要求电源电压的波动范围必须为额定
39、值的6以内，同时灯用镇流器的选择和匹配也非常重要。,2023/9/28,74,2环境温度对荧光灯的影响 灯的工作特性，还取决于管内汞的蒸汽压，因此也受环境温度影响，当温度过低时，汞蒸汽压力下降，汞原子电离率下降，启动困难，同时紫外线的辐射减少。当环境温度过高，管内汞蒸气压力增高，紫外线反而减少，其他谱线增加。因此，环境温度过低和过高都会影响荧光灯的发光效率。荧光灯不宜用在户外。3 开关次数对寿命的影响 荧光灯频繁启动会大大消耗阴极物质，从而使寿命降低。通常，荧光灯寿命是指每开一次点燃3h的总使用时间。连续工作时间越长，寿命越长，因此，在频繁开关灯具的场所不宜使用荧光灯。,2023/9/28,7
40、5,高强度气体放电灯 荧光灯以外的气体放电灯都属于第三代光源。详细内容略,双端金卤灯（R*7S）,单端插口金卤灯（G12）,2023/9/28,76,一、光源的选择和灯具（怎样选择光源）1、光源的种类和特性 2、光色（色温）和照明,商品的显色方法,适应卖场的气氛,空间上的愉悦感所必要的空间,色温体现出充实感、心理上的满足所必要的空间,照明设计,2023/9/28,77,二、商业照明的分类和方法 商业照明基本上是由：1、一般照明 2、重点照明 3、装饰照明三部分构成。三部分的构成比例要适当，而且要统筹兼顾、相互配合，就能获得优美的照明效果。,基础照明,环境照明,确保店铺内必要的基本的亮度的照明。
41、,环境照明,重点照明,局部突出的照明。,基础照明的进一步设想，进一步演绎渲染店铺环境照明一般表现在远观效果,基础照明,重点照明,基础照明,2023/9/28,78,商品照明例,使用筒射灯的重点照明,使用柜架下方照明的商品照明,2023/9/28,79,商品照明例,(重点照明)突出金属的光泽感,柜下灯的照明,突出商品的凹凸感,2023/9/28,80,三、照明设计标准(参考)国外商业照明照度标准值（lx）,2023/9/28,81,日本JIS照度标准值,2023/9/28,82,国际照明委员会照明标准（CIES 008/E-2001）商业部分,2023/9/28,83,关于LED计量测试国际标准
42、的介绍,国标照明委员会（CIE）第二分部（D2）于2001年5月在美国华盛顿国家标准局（NIST）召开CIE第二次LED专家会议，共有美国、法国、英国、中国、日本等17个国家，约200人参加。此会议的主题是讨论LED的光学特性和相关的计量方法。,2023/9/28,84,一.LED 测量的分类,A.实验室测量 对于大多数生产商和LED的大批量使用者，通常首先在设备完善的实验室中获得LED的特性参数。由此，得到各种不同类型的LED工作参数，用于生产过程中的质量控制。B.整体试验 整体试验用于生产控制或检验入货的质量。由于要处理大量单元，试验的装置应能高速运作。当对LED的常规测量在专业实验室之外
43、时，有稳定、经定标的标准LED就非常重要。这些标准LED还必须有与所测的LED同样的空间和光谱特性，这样，就能尽可能确保测量过程仅是一个简单而直接的对相似器件的比较过程。在所提的建议中，我们考虑更多的是A类试验。在实验室获得一套工作特性参数之后，生产商和使用者的责任是确保用于常规生产检验的测试装置能正确地测量。值得再次重申的是，在测试装置被安装之前，应对理论依据和可能的误差来源进行仔细的研究。,二.LED的主要的光学、电学和热特性,辐射的空间分布辐射的光谱分布辐射的中心波长、峰值波长、质心波长和光谱宽度辐射的发光面和角分布电特性标准参考光源工作环境温度温度对LED的影响,2023/9/28,8
44、6,LED的光学特性辐射的空间分布,空间分布不均匀性。LED辐射的空间特性取决于封装半导体芯片的形式。因为，封装内可能带有内部反射杯、透镜以及一些散射和滤色材料。,2023/9/28,87,LED的光学特性辐射的光谱分布,&LED光辐射光谱分布有其独特的一面。它不是单色光（如激光），也不是宽光谱辐射（如白炽灯），而是介于两者之间：有几十纳米的带宽、峰值波长位于可见光或近红外区域。,2023/9/28,88,LED的光学特性辐射的中心波长 峰值波长 质心波长,2023/9/28,89,LED的光学特性发光面和角分布,2023/9/28,90,LED的电特性,恒定电流下工作LED工作电流恒定为IF
45、，相应电压UF可由LED两边触点测得。建议采用四脚LED。LED消耗的电功率可由下式计算得到：对于LED特性参数的测量，恒定的工作电流是至关重要的。恒定电功率下工作恒定光输出下工作 需要“控制线路”的光线反馈系统,2023/9/28,91,LED的电特性测量方法,2023/9/28,92,LED的电特性正向电压,正向电压的大小取决于LED的半导体材料。单个LED的电压与电流IF和半导体芯片的温度TC有关：正向电压的全微分dUF可分为两部分：,2023/9/28,93,LED的电特性正向电压,与电流的关系 在稳定的温度下，所有半导体LED的正向电压及电流的关系基本一致。在正常工作状态下，即启动和
46、饱和状态之间，斜率基本为线性：如果LED的工作电流为IF0，相应正向电压为UF0，则此时的微分电阻为：则电压/电流特性可近似表示为：,2023/9/28,94,标准参考光源,2023/9/28,95,工作环境温度,LED测量的环境温度一般为Tamb25oC。温度变化的速度取决于输入电功率的大小和LED封装的热容量。当达到热平衡后，LED主要通过管脚向周围环境传递疏散热量。,2023/9/28,96,温度对LED的影响,温度与正向电压的关系温度对光辐射的影响主波长的偏移公式温度对辐射的辐射效率和光效影响,2023/9/28,97,三.LED发光强度、总光通量和光谱分布测量,平均光强测量方法 对于
47、CIE标准环境A:316nm 对于CIE标准环境B:100nm总光通量测量方法 1.分布光度计法 2.积分球法,2023/9/28,98,平均光强测量,一个新的物理量：平均LED光强产生原因测量标准环境对于CIE标准环境A：316mm对于CIE标准环境B：100mm计算公式,2023/9/28,99,2023/9/28,100,总光通量的测量积分球法,积分球法使用积分球将使LED总光通量的测量更加简单。带有两个入射孔和一个用于探测器的出射孔 的积分球测量可对待测LED的自吸收进行修正。,2023/9/28,101,2023/9/28,102,总光通量的测量积分球法,积分球法使用积分球将使LED
48、总光通量的测量更加简单。带有两个入射孔和一个用于探测器的出射孔 的积分球测量可对待测LED的自吸收进行修正。,2023/9/28,103,总光通量的测量分布光度计法,分布光度计法 球面面元dA上所接受的光通量微分d（与方向,有关）可以表示为：积分可以得到总光通量：,四.测试实例分析,商品化仪器测试实例,2023/9/28,105,商品化仪器,2023/9/28,106,LED-1100光谱/角度分析仪,光谱特性色度学坐标，主波长和纯度CIE-127 平均发光强度 测定 LED 角度分布：-80-+80 计算视角21/2，绘制极坐标图,2023/9/28,107,2023/9/28,108,测试实例：,2023/9/28,109,2023/9/28,110,2023/9/28,111,
