发光原理基础概论,主讲：彭振康,目 录,第一章：光的性质 第二章：视觉和颜色 第三章：电光源发光原理 第四章：照明器 第五章：照明质量,第一章 光的性质,光的基本概念 光度量 材料的光学特性,1-1 光的基本概念,一、光的本质1、辐射能能量的发射和传播过程，称为辐射。而这种能量形式辐射能。2、照明工程中，光是指辐射能的一部分，即能产生视觉的辐射能。3、可见光在波谱范围内仅占极小的比例。4、任何物体只要能发出（380780）NM波长的辐射能就可以用于 采光光源的形成。5、辐射能在传播过程中，不同波长的可见光会引起人的视觉不同的色感觉，将依次展现出不同的颜色.,1-1 光的基本概念,第一章 光的特性,波谱曲线图,380 780nm,可见光,10-7 nm,1014nm,1-1 光的基本概念,二、光谱光视效率主要是评价人体视觉对各种颜色的灵敏度。用来度量辐射能所引起的视觉能力的量称为光谱光视效率。 人眼对波长为555nm的黄绿光感受效率最高，对其 它波长的光感受效率比较低。,1-2 光的度量,一、光通量光通量是指单位时间内辐射能量的大小，它是根据人眼对光的感觉来评价的。光通量的实质是表征光源辐射能量的能力，是光度量概念中最基本的物理量。单位：流明（Lm）,40W白炽灯光通量为350Lm36W荧光灯光通量为2500Lm（T8）,1-2 光的度量,二、发光效率消耗单位电功率所发出的光通量简称光效。单位：lm/w,1-2 光的度量,第一章 光的特性,三、发光强度 I光源在指定方向上单位立体角内发出的光通量，是光通量的立体角密度发光强度，简称光强。它表示不同方向光通量的分布情况。 单位：坎德拉（cd) I= /,0, ：单位立体角,：光通量,1-2 光的度量,裸光源（40w）,配灯具光源（40W）,平均光强为28cd,平均光强为7080cd,如配镜面反射罩，光强可达数百cd,1-2 光的度量,光通量与光强的关系：在光通量不变的情况下，随着配置灯具的不同，发光强度可以发生变化；从应用中可以发现（上图）：光通在空间的分布更为集中，密度更大，相应的光强也提高了！,1-2 光的度量,第一章 光的特性,四、照度 E 1、被照面单位面积上接受的光通量称为照度。 2、照度是用来表达被照面上光的强弱的，判别被照物上的照 明情况。 3、E= /A 单位：勒克司（Lx） 4、 1Lx表示在1m2面积上均匀分布1Lm光通量的照度值。,1-2 光的度量,第一章 光的特,5、常见照度 晴朗满月夜 0.2 Lx 白天良好采光100-500 Lx 晴天室外太阳散射 1000 Lx 中午太阳直射 10万 Lx 20 Lx是刚能识别人脸，作为交通区域内的最低照度。 100 Lx 是交通区能接受的照度水平，效果最好。 200 Lx是所有工作室以及人需要在其中停留较长时间的最低照度。,1-2 光的度量,第一章 光的特性,五、亮度L1、亮度表示光源单位面积上的发光强度。 2、其表征发光面或被照面反射光的发光强弱的物理量。 3、L=光强/单位面积：尼特（cd/m2) 4、亮度与被照面的材料特性有关。,1-2 光的度量,第一章 光的特性,5、常见亮度（cd/m2） 太阳表面1 . 6 109以上 晴天的天空 8000 阴天 5600 荧光灯（0.515）104 白炽灯（0.220）106,1-2 光的度量,第一章 光的特性,第一章 光的性质,六、光度量的比较1、从定性的角度分析光度量的基本概念，了解其内在关系。2、光通量、光效、光强和亮度反应光源特性的基本量，说明的是光源的发光情况。3、照度是表征被照物接受光通强弱的物理量，有着本质的区别。4、其次在应用中，单位上比较容易混淆；在定性和定量分析中，各有所偏重。,1-3 材料的光学特性,第一章 光的特性,一、反射比 、透射比 、吸收比,i,i, = /i, = / i, = /i,1-3 材料的光学特性,第一章 光的特性,1、光在传播过程中能量应守恒。 +=1 2、在选择灯具材料时，为提高其工作效率，一般采用反射比较 高的材料。 3、为调节环境的亮度，可适当选用、 、 来改善。,1-3 材料的光学特性,第一章 光的特性,1-3 材料的光学特性,第一章 光的特性,二、光的反射和透射1、规则型 光学特性：定向传播，控制光束的方向（反射罩的应用） 材料性质：镜面、透明玻璃。 2、散射型 材料性质：金属板、磨砂玻璃等。 光学特性：出射光向各个方向散开，但总的方向一致。 3、漫射型材料性质：粗糙表面和乳白玻璃。 光学特性：出射光的亮度在各方向上相同，与方向无关。,1-3 材料的光学特性,第一章 光的特性,散反射,散透射,1-3 材料的光学特性,第一章 光的特性,漫反射,漫透射,1-3 材料的光学特性,三、灯具的材料： 钢材 铝材 铜材 不锈钢 塑料材料 玻璃材料,1-3 材料的光学特性,第一章 光的特性,四、其它光学特性1、光的偏振 自然光是由许多原子以特定的振动发出的电磁波，引起视觉和生理作用的电磁波的电场强度振动均匀地分布在各个方向，称为非偏振光。 自然光在被某些材料反射和透射的过程中，这些材料能消除自然光的一部分振动，使反射和透射出来的光线中，在某一方向的振动较强，而在某一方向的振动较弱，这种现象称为光的偏振。2、光的干涉,第二章 视觉和颜色,视觉特性 视觉适应 颜色特性 光源的显色性,2-1 视觉特性,一、识别阈限 1、能引起光觉的最低限度的光量，称为视觉识别阈限。 2、其通常情况下与目标物的大小、颜色和呈现的时间有关。,目标物越大,颜色波长较长,呈现时间越长,亮度阈限值越低,2-1 视觉特性,二、视力 1、视力是眼睛区分精细部分的能力，是指人眼能够识别分开两个相邻物体的最小张角D的倒数（1/D）。 2、视力与亮度、距离和环境亮度有关。,2-1 视觉特性,三、对比灵敏度1、C=2、对比灵敏度是反映在不同的颜色和不同亮度上的差异对视觉的影响，而这种差异决定了其灵敏度的大小。,识别对象亮度,背 景 亮 度,_,L0-Lb,Lb,L0Lb,2-1 视觉特性,四、识别速度1、识别速度是指观察到物体识别到它的外形特征所需时间的倒数。2、它与目标物大小、亮度对比和环境亮度有关。3、合理的照度水平为150LX。当亮度对比下降或物体变小时，维持原视觉水平所需照明等级也需相应提高。,2-1 视觉特性,视觉、对比灵敏度和识别速度等概念与视觉机能有着密切的关系，而环境的亮度对它们会产生直接的影响。,总之：,2-1 视觉特性,（观察等距离不同大小物体）,2-1 视觉特性,（观察相同物体远近效果）,2-2 视觉适应,一、明视觉和暗视觉1、明视觉-视觉细胞的锥状体工作，能分辩形状和颜色，对光的感受性能很低。2、暗视觉-杆状体工作，只能区分不同强弱的灰色和光的深浅；对光的感受性能比较高。,锥状体,杆状体,L（cd/m2）,0,明视,暗视,10-6,10-2,102,106,中间视觉,2-2 视觉适应,二、明暗适用 1、适用视觉环境内亮度有较大幅度变化时，视觉对视觉环境内亮度变化的顺应性，称为适用。 2、明适用从暗处进入明亮环境时，由于亮度的提高而逐步顺应的过程。明适用所需时间很短，约1min左右。 3、暗适用从明亮的环境进入暗处时视觉阈限下降的过程。 暗适用一般需要3040 min，视觉阈限才能稳定在一定的水平上。,2-2 视觉适应,0 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10（min)所以在空间照明设计时，要考虑到人的视觉的适用过程，加强过渡空间和过渡照明的设计才能使人的视觉达到舒适满意的程度。,明,暗,明,!,2-2 视觉适应,三、眩光1、在视觉内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，可引起不舒适感，并造成视觉降低的现象，称为眩光。2、影响眩光的因素： （1）、环境较暗，眼晴的适应亮度很低，即使亮度低的光，也会出现眩光。 （2）、亮度越高，眩光越突出。（3）、光源的大小。3、生理因素：,2-2 视觉适应,2-2 视觉适应,4、眩光分为直接眩光和反射眩光。直接眩光又分为失能眩光和不舒适眩光 。 5、克服眩光的意义：眩光对人的生理和心理都有明显的影响，而且会较大的影响工作效率和生活质量，严重的还会产生恶性事故，所以对眩光的研究有着重要的意义！,2-3 颜色视觉,一、颜色视觉全色区 能分辩各种颜色（明视觉）。中间区 红绿盲区（中间视觉）。 全色盲区只有明暗感而无颜色感。（灰色） 二、颜色辩认1、在光谱颜色波长范围内，Y、G、B三种有固 定的关系。2、其它波长的颜色光随着光线强度的改变而变化。（光强 , 略向R、B颜色变化）。 三、关于颜色：,2-4 光源的显色性,一、色温T 1、概念 某个光源所发射的光的色度与黑体在某一温度下所发出的光的色度完全相同时，则黑体这个温度就称为该光源的色温。 光源与黑体（或完全辐射体）的颜色相同时，该黑体的温度就称为光源的色温。,2-4 光源的显色性,黑体：800900K R 色3000KY-W色5000K W 色,电光源的光色,光源的色温,2-4 光源的显色性,2、常见光源的色温（K）,2-4 光源的显色性,二、色温和色表,2-4 光源的显色性,三、色温和照明水平 1、照度的变化影响色感觉的差异。,2-4 光源的显色性,2、通过经验得知：暖光源（低色温光源）缓和、温馨、兴奋之感。冷光源（高色温光源）自然、平静、高效的感觉。3、人们所喜欢的照明水平，不受光源的色温的影响，也就是在进行视觉作业的场所，创造舒适的观看条件比创造愉快的气氛更为重要！,低照度,高照度,2-4 光源的显色性,一、光源的显色性R01、光源对物体色表的影响光源的显色性。2、显色性是基于人的视觉，能使物体呈现“真实性”的能力。3、“真实性”颜色最广泛的标准以中午的日光为参照光源。 二、显色指数1、显色系数是物体的心理色符合程度的度量。2、基本等级：光源的显色指数愈高，其显色性能愈好。,0,50,80,100,R0,很差,一般,优良,2-4 光源的显色性,三、最佳显色性,镭为100的 光源不一定就意味着颜色显现都是理想的，并非R值较低的光源在颜色显现方面就总比参照光源差，必须应环境要求和特点加以选择,注重 “所偏好的颜色”而非“真实”感！,第三章 电光源,热辐射光源,气体放电光源,利用电能使物体加热到白炽状态而发光的光源,利用气体和蒸气放电而发光的光源,白炽灯、卤钨灯,荧光灯、躲藏光源,