第1部分光學(xué)概念與配光曲線概要

第1部分光學(xué)概念與配光曲線概要第一頁，共28頁。一、照明光學(xué)原理

光線和輻射

光是電磁波輻射到人的眼睛，經(jīng)視覺神經(jīng)轉(zhuǎn)換為光線，即能被肉眼看見的那部份光譜。這類射線的波長范圍在360到830nm之間，僅僅是電磁輻射光譜非常小的一部份。自然界人們所見到的一般都是由許多單色光組成的復(fù)色光。第一頁第二頁，共28頁。第二頁第三頁，共28頁。第三頁第四頁，共28頁。光的傳播三個(gè)基本定律（1）光線在均勻介質(zhì)中按直線傳播，稱直線傳播定律。（2）來自不同方向的光線在介質(zhì)中相遇后，各保持原來的傳播方向繼續(xù)傳播，這就是光的獨(dú)立傳播定律。（3）光在兩種各向同性、均勻介質(zhì)分界面上要發(fā)生反射和折射。即一部分光能量反射回原介質(zhì)，另一部分光能量折射入另一介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明：

*反射光線和折射光線都在入射面內(nèi)，它們與入射光分別在法線兩側(cè)。

*入射角等于反射角。即θi=θr第四頁第五頁，共28頁。第五頁第六頁，共28頁。折射定律

入射角的正弦和折射角的正弦之比為一常數(shù)，即

sinθ1/sinθ2=n21

n21稱為介質(zhì)2相對介質(zhì)1的相對折射率。

上式稱為斯涅爾（Snell）定律。

∵n21=n2/n1

∴n1sinθ1=n2sinθ2

相對而言，n大的介質(zhì)叫光密介質(zhì)；n小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)。當(dāng)光線由光疏入光密時(shí)，θ1>θ2。第六頁第七頁，共28頁。第七頁第八頁，共28頁。二、光度學(xué)

光通量(luminousflux)

單位：流明（lm）

光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光量總和稱為光源的光通量。

例如，一只40W的普通白熾燈的光通量為350～470lm，而一只40W的普通直管型熒光燈光通量為2800lm左右，為白熾燈的6～8倍。第八頁第九頁，共28頁。光強(qiáng)（luminousintensity）單位：坎德拉（cd）

光源在某一給定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量稱為光源在該方向的發(fā)光強(qiáng)度，簡稱光強(qiáng)。例如，如果一只40W普通白熾燈的光通量為350lm，它的平均光強(qiáng)為：28cd第九頁第十頁，共28頁。第十頁第十一頁，共28頁。照度(Illuminance)

單位：勒克斯（lx）

照度是光源照射在被照物體單位面積上的光通量。照度（E）是光通量與被照射面積之間的比例系數(shù)。照度與距離的平方成反比。

1lx即指1lm的光通量平均分布在面積lm2平面上的明亮度。在裝有40W普通白熾燈的書寫臺(tái)燈下看書，桌面上的照度平均為200-300lx。第十一頁第十二頁，共28頁。照度E第十二頁第十三頁，共28頁。亮度（luminance）

單位：cd/m2,

，尼特（nit）是舊的單位名稱，現(xiàn)很少采用。

光源在某一方向的亮度是光源在該方向上的單位投影面中單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量。即每平方米光強(qiáng)為1坎德拉，其亮度為1尼特

太陽的亮度為2×109cd/m2

白熾燈的亮度約為（3～5）×106cd/m2

普通熒光燈的亮度只有6～8×103cd/m2

第十三頁第十四頁，共28頁。亮度第十四頁第十五頁，共28頁。三、色度學(xué)

色溫(CT-colourtemperature)

當(dāng)光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下（例如將鉑加熱）輻射的顏色相同時(shí)，黑體對應(yīng)的溫度就稱為該光源的色溫，用絕對溫度K（kelvim）表示。

黑體輻射理論是建立在熱輻射基礎(chǔ)上的，所以白熾燈一類的熱輻射光源的光譜能量分布與黑體的光譜能量分布比較接近，都是連續(xù)光譜，用色溫的概念完全可以描述這類光源的顏色特性。第十五頁第十六頁，共28頁。相關(guān)色溫(CCT-correlatedcolourtemperature)

當(dāng)光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色接近時(shí)，黑體對應(yīng)的溫度就稱為該光源的相關(guān)色溫，單位為K。

由于氣體放電光源一般為非連續(xù)光譜，與黑體輻射的連續(xù)光譜不能完全吻合，所以都采用相關(guān)色溫來近似描述其顏色特性。

色溫（或相關(guān)色溫）在3300K以下的光源，顏色偏紅，給人一種溫暖的感覺。色溫超過5300K時(shí)，顏色偏蘭，給人一種清冷第十六頁第十七頁，共28頁。

的感覺。通常氣溫較高的地區(qū)，人們多采用色溫高于4000K的光源，而氣溫較低的地區(qū)則多用4000K以下的光源。顯色指數(shù)（Ra--ColourRenderingIndex)

太陽光和白熾燈均輻射連續(xù)光譜，在可見光的波長（380nm～760nm）范圍內(nèi)，包含著紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫等各種色光。物體在太陽光和白熾燈的照射下，顯示出它的真實(shí)顏色，但當(dāng)物體在非連續(xù)光譜的氣體放電燈的照射下，顏色就會(huì)有不同程度的失真。我們把光源對物體真實(shí)顏色的呈現(xiàn)程度稱為光源的顯色性。

第十七頁第十八頁，共28頁。

為了對光源的顯色性進(jìn)行定量的評價(jià)，引入顯色指數(shù)的概念。以標(biāo)準(zhǔn)光源為準(zhǔn)，將其顯色指數(shù)定為100，其余光源的顯色指數(shù)均低于100。顯色指數(shù)用Ra表示，Ra值越大，光源的顯色性越好。主波長與色純度樣品的主波長與色純度隨所選用的白點(diǎn)不同而回出現(xiàn)不同的結(jié)果。用主波長與色純度來表示顏色，比色坐標(biāo)更形象更直觀，以一種印象反映色調(diào)及飽和度的大致情況。第十八頁第十九頁，共28頁。第十九頁第二十頁，共28頁。四、燈具常用指標(biāo)

燈具效率

燈具效率(也叫光輸出系數(shù))是衡量燈具利用能量效率的重要標(biāo)準(zhǔn)，它是燈具輸出的光能量與燈具內(nèi)光源輸出的光能量之間的比平均壽命（averagelife）

指一批燈燃點(diǎn)，當(dāng)其中有50%的燈損壞不亮?xí)r所燃點(diǎn)的小時(shí)數(shù)。單位：小時(shí)（h）第二十頁第二十一頁，共28頁。發(fā)光效率（luminousefficacyoflightsource）

單位：流明/瓦（lm/W）

燈具所發(fā)出的總光通量與該光源所消耗的電功率（瓦）的比值，稱為該光源的光效。第二十一頁第二十二頁，共28頁。主要燈具的技術(shù)性能指標(biāo)

光源種類光效（lm/W）顯色指數(shù)（Ra）色溫（k）平均壽命（h）普通照明白熾燈1510028001000鹵鎢燈2510030002000~5000普通熒光燈7070全系列10000三基色熒光燈9380~98全系列12000緊湊型熒光燈6085全系列8000高壓汞燈50453300~43006000金屬鹵化物燈75~9565~923000/4500/56006000~20000高壓鈉燈100~12023/60/851950/2200/250024000低壓鈉燈200175028000高頻無極燈55~70853000~400040000~80000第二十二頁第二十三頁，共28頁。五、配光曲線介紹配光曲線從它的對稱性質(zhì)來說可以分為：軸向?qū)ΨQ、對稱和非對稱3種。投光類燈具還可以根據(jù)其光束的寬窄分為：窄光束；寬光束；中等光束等。一般來說：

窄光束：光束角<20°

中等光束：光束角：20°～40°

寬光束：光束角：>40°

第二十三頁第二十四頁，共28頁。例1：管形熒光燈的配光曲線(兩剖面形成的曲線)

T—（0°-180°）水平面配光

A—（90°-270°）水平面配光

相關(guān)圖片如下：等照度線（lux/1000lm）

(極坐標(biāo)圖)第二十四頁第二十五頁，