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1、光源与（照明）设计基础,复旦大学 周太明 （室内照明设计国际培训班） 2007.12.14,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mm 1nm(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
2、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
3、%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
4、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30
5、00K，显色指数8285；右边4000K，显色指数9093,LUXEON STAR,10-Mar-99,29,单色光LED的应用举例,traffic signal,video 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
6、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
7、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 130 高压钠灯 100 /80荧光灯 90 金卤灯 85 CFL 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 =,
8、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-
9、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)
10、,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
11、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
12、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
13、 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： 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。
14、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？,