光源原理与设计(Microworld)PPT课件
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《光源与设计基础》课件
显示
光源用于显示屏幕，如电 视、电脑显示器、手机屏 幕等，提供色彩和亮度。
摄影
光源作为摄影照明设备， 提供合适的照明效果，以 获得高质量的摄影作品。
02 照明设计基础
照明设计的基本原则
功能性原则
安全性原则
照明设计应满足人们的基本需求，提供足 够的亮度，保证视线清晰，同时避免眩光 和阴影干扰。
照明设计应确保人们活动的安全，如道路 照明要防止行人或驾驶员产生视觉错觉。
光源的能效和寿命也是选择光源时需要考虑的因素，以降低运行成本和 维护工作量。
照明设计对光源性能的影响
照明设计中的布局、角度和遮光 措施等会影响光源的光强分布和
光效，进而影响照明效果。
照明设计中需要考虑光源的散热 问题，以保证光源的稳定性和延
长其寿命。
照明设计还需要考虑光污染和眩 光问题，以避免对环境和人眼造
特殊照明设计案例
总结词
个性化、创新性、科技感
舞台灯光设计
展厅灯光设计
商业广告照明设计
根据演出内容和舞台布局，采 用多种灯光效果和颜色变化， 营造出独特的氛围和视觉效果 。同时，考虑灯光与演员、道 具和音效的配合，增强表演的 艺术感染力。
结合展品特点和展示要求，采 用定向照明、背景照明和局部 聚光等不同方式。突出展品的 特点和价值，同时创造出独特 的视觉效果和氛围。
根据道路等级和交通流量，选择合适的灯具和布 局方式，确保足够的照明亮度。同时，考虑采用 高效、长寿命的LED灯具，降低维护成本和能源 消耗。
公共空间照明设计
根据空间功能和使用需求，选择合适的灯具和灯 光色彩。如广场可采用高杆灯或庭院灯，提供足 够的照明亮度；公园可采用柔和的灯光，营造宁 静、舒适的氛围。
光源原理和的设计40页PPT
光源原理和的设计
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯
光源发光原理ppt课件
• 其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。
• 微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中；
• 当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空 穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。
• 光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能 量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同
+
p n
基层 (吸收或透明)
芯片设计
无偏置电压 N结 P结
导带 能隙
价带
光
有偏置电压
5
无极灯
1、无极灯由高频发生器、 耦合器、灯泡三部分组成。 它是由高频发生器的电磁 场以感应的方式耦合到灯 内，是灯泡内的气体雪崩 电离，形成等离子体。等 离子受激原子返回基态时 辐射出紫外线。灯泡内的 银光粉受紫外线的激发产 生可见光。
光源发光原理
目录
1
基础知识
2
发光原理分类
3
热致发光光源
4
气体放电光源
5
固体照明光源
基础知识
1
基础知识
可见光和辐射:
光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼 看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在360到780nm之间，仅仅 是电磁辐射光谱非常小的一部份。
1
基础知识
1,0
人眼在日光下对可见 光的感知
荧光材料
光源 电磁感应灯
高压汞灯 高压钠灯 低压钠灯
金卤灯 荧光灯 节能灯 卤钨灯
白炽灯
寿命(小时) 80000 25000 20000 18000 12000 10000 8000 2000 1000
光源原理与设计PPT课件
诸定昌
3.光谱的吸收率α(λ,T)
α (λ,T)=dPe ’(λ,T)=/dPe (λ,T)
4.Kirchholf Law
M (,T )
(,T )
1
M (,T )
(,T )
2
f
(,T )
第4页/共37页
光源原理与设计—白炽灯 三、黑体辐射的基本性质
诸定昌
1.黑体的定义：
黑体就是能够在任何温度下将辐射到 它表面上的任何波长的能量全部吸收。
单位时间撞击单位钨表面的原子数：
N1=1/4 nV=n√(kT/2πm) 单位时间单位表面沉积的钨质量为 ：
Vap=α0N1m =α0 n√(kTm/2π) =0.06α0P/T0.5
第14页/共37页
光源原理与设计—白炽灯 2.蒸发率与灯寿命的关系
诸定昌
实验 ：d=0.1m/m 在不同Tf下的Vap
系数Ks1=S1/d ④第一芯丝系 数 Kc1=dc1/d ⑤第二螺距系数 Ks2=S2/(2d+dc1) ⑥第二芯丝 系数 Kc2=dc2/(2d+dc1)
d)Ks和Kc的合理选取
第25页/共37页
光源原理与设计—白炽灯
诸定昌
2．灯丝的计算
能量平衡方程Pl=Pr+Pc+Ph
白炽灯钨丝直径和长度的统一公式
第8页/共37页
光源原理与设计—白炽灯
诸定昌
2.2 白炽灯的结构与材料
第9页/共37页
光源原理与设计—白炽灯
诸定昌
一、结构
二、对白炽辐射体（灯丝）的要求
1.熔点高 2.蒸发率V小
Tf 自身的蒸汽化 影响V的因素 环境气氛 灯丝的结构
3.可见辐射选择性好 4.机械强度高，易加工 5.有适当的电阻率
光源基础PPT课件
4
直管荧光灯
T10
•最常用的直管荧光灯
三基色
•高显色指数 •超长寿命 •极佳的流明维持率
MZ-3/1-00
T8
•较之T10更节能 •迅速成为办公室照明的首选
T5
•最前沿的荧光灯技术 •高效且超细
环管
•受欢迎的家庭光源 •应用于吸顶灯具
1
T10特点与优势
•绕丝灯丝设计 – 长寿命，市场上可见的最长寿T10管达
经济
高档
•迷你光源可匹配小型灯具 •3000－6000小时寿命 - 日均使
用9小时，可使用1－2年
•开放式和封闭式两种 - 封闭式
隔离紫外线输出
•光束角 - 窄光束至宽光束一应俱
全
应用
• 零售店 - 展示照明
• 酒店/餐厅 - 展示
• 厨房，卧室， & 起居室
5
特点
NVC MR产品
实心 锰/镍针角 - 防断裂
9000小时。可使最终客户降低采购成本
•高效 - T10 管使用荧光粉，使其比白炽灯及卤钨灯有更
高的流明输出-- 同样能量消耗，更多光亮输出
•高流明维持率 - T10 灯管流明维持率更高
应用
• 日光色 (54 系列) - 办公室，体育馆，学校，车间，仓库
， 居室
• 冷白色 (33 系列) - 百货商店，超市，办公室
一体式节能灯
•可直接替代白炽灯，无须特殊 灯具
•寿命长达12000小时 •装饰泡 - 梨形，烛形，球形，
子弹头
无极灯
•独特的无电极技术
插拔式节能灯
•需专门的灯具及镇流器 •2针 (电感) 及 4针 (电子) •单U，双U及3U
2D
•插拔式灯管提供优异的光通分布
直管荧光灯
T10
•最常用的直管荧光灯
三基色
•高显色指数 •超长寿命 •极佳的流明维持率
MZ-3/1-00
T8
•较之T10更节能 •迅速成为办公室照明的首选
T5
•最前沿的荧光灯技术 •高效且超细
环管
•受欢迎的家庭光源 •应用于吸顶灯具
1
T10特点与优势
•绕丝灯丝设计 – 长寿命，市场上可见的最长寿T10管达
经济
高档
•迷你光源可匹配小型灯具 •3000－6000小时寿命 - 日均使
用9小时，可使用1－2年
•开放式和封闭式两种 - 封闭式
隔离紫外线输出
•光束角 - 窄光束至宽光束一应俱
全
应用
• 零售店 - 展示照明
• 酒店/餐厅 - 展示
• 厨房，卧室， & 起居室
5
特点
NVC MR产品
实心 锰/镍针角 - 防断裂
9000小时。可使最终客户降低采购成本
•高效 - T10 管使用荧光粉，使其比白炽灯及卤钨灯有更
高的流明输出-- 同样能量消耗，更多光亮输出
•高流明维持率 - T10 灯管流明维持率更高
应用
• 日光色 (54 系列) - 办公室，体育馆，学校，车间，仓库
， 居室
• 冷白色 (33 系列) - 百货商店，超市，办公室
一体式节能灯
•可直接替代白炽灯，无须特殊 灯具
•寿命长达12000小时 •装饰泡 - 梨形，烛形，球形，
子弹头
无极灯
•独特的无电极技术
插拔式节能灯
•需专门的灯具及镇流器 •2针 (电感) 及 4针 (电子) •单U，双U及3U
2D
•插拔式灯管提供优异的光通分布
光源课件PPT
新技术
随着科技的不断进步，新型照明技术 如光子晶体、纳米光子学等不断涌现 ，为照明领域带来了革命性的变化。
智能照明系统的研究与应用
1 2 3
智能控制
智能照明系统能够实现远程控制、定时开关、光 线感应等功能，提高照明效果和节能效果。
健康照明
智能照明系统能够根据人的生理需求和心理需求 ，调节光照强度、色温等参数，创造舒适的光环 境，有益于人的身心健康。
艺术化照明
智能照明系统能够实现动态、可编程的光照效果 ，为城市夜景、室内装饰等领域带来更多的艺术 性和创意性。
05
光源的选用与维护
光源的选择原则与技巧
原则
根据使用场景选择合适的光源类型， 如室内照明、室外照明、装饰照明等 。同时要考虑光源的色温、照度、显 色指数等参数，以满足实际需求。
技巧
选择高效节能的光源，如LED灯，可 降低能源消耗和运营成本。同时要考 虑光源的寿命和维护成本，选择可靠 稳定的光源品牌和型号。
投影仪
利用光源将图像投射到屏幕上，用于 家庭影院、会议和教学等领域。
医疗领域
手术灯
提供无影、高亮度的手术 照明，确保手术过程中的 视线清晰。
诊断仪器
如荧光显微镜、内窥镜等 医疗设备，需要特定波长 的光源进行照明。
光疗
利用特定波长的光线治疗 某些疾病，如紫外线治疗 银屑病等。
科研领域
科学研究
光源在物理、化学、生物学等领 域的研究中发挥着重要作用，如
ห้องสมุดไป่ตู้源的安装与使用注意事项
安装
根据不同的使用场景和灯具类型，选择合适的安装方式和位置，确保安全牢固。同时要注意灯具的接线和开关等 细节问题，避免出现安全隐患。
使用
使用过程中要注意避免过度发热和触电等安全问题。同时要根据实际需求调整光源的亮度和色温等参数，避免对 眼睛造成伤害。
随着科技的不断进步，新型照明技术 如光子晶体、纳米光子学等不断涌现 ，为照明领域带来了革命性的变化。
智能照明系统的研究与应用
1 2 3
智能控制
智能照明系统能够实现远程控制、定时开关、光 线感应等功能，提高照明效果和节能效果。
健康照明
智能照明系统能够根据人的生理需求和心理需求 ，调节光照强度、色温等参数，创造舒适的光环 境，有益于人的身心健康。
艺术化照明
智能照明系统能够实现动态、可编程的光照效果 ，为城市夜景、室内装饰等领域带来更多的艺术 性和创意性。
05
光源的选用与维护
光源的选择原则与技巧
原则
根据使用场景选择合适的光源类型， 如室内照明、室外照明、装饰照明等 。同时要考虑光源的色温、照度、显 色指数等参数，以满足实际需求。
技巧
选择高效节能的光源，如LED灯，可 降低能源消耗和运营成本。同时要考 虑光源的寿命和维护成本，选择可靠 稳定的光源品牌和型号。
投影仪
利用光源将图像投射到屏幕上，用于 家庭影院、会议和教学等领域。
医疗领域
手术灯
提供无影、高亮度的手术 照明，确保手术过程中的 视线清晰。
诊断仪器
如荧光显微镜、内窥镜等 医疗设备，需要特定波长 的光源进行照明。
光疗
利用特定波长的光线治疗 某些疾病，如紫外线治疗 银屑病等。
科研领域
科学研究
光源在物理、化学、生物学等领 域的研究中发挥着重要作用，如
ห้องสมุดไป่ตู้源的安装与使用注意事项
安装
根据不同的使用场景和灯具类型，选择合适的安装方式和位置，确保安全牢固。同时要注意灯具的接线和开关等 细节问题，避免出现安全隐患。
使用
使用过程中要注意避免过度发热和触电等安全问题。同时要根据实际需求调整光源的亮度和色温等参数，避免对 眼睛造成伤害。
《光源原理与设计》课件
《光源原理与设计》PPT 课件
欢迎来到《光源原理与设计》PPT课件！通过本课件，我们将深入探讨光源的 原理、种类以及设计。让我们开启光与色彩的奇妙之旅！
引言
了解光源的定义、种类和基本特性，全面了解光源在设计中的重要性和应用。
光源基本原理
深入研究光源的激发原理、辐射原理以及色温与光谱的关系，揭示光源的基 本工作原理。
常见的光源
探索灯丝电灯、浸泡式汞灯、钨卤化物灯、高压钠灯和LED等常见光源的特点 和应用场景。
光源设计
学习光源设计的要点，如何合理组合光源以及光源的调节和控制方法，让设计师们更好地发挥光源的作用。
光源在实际应用中的应用
探索光源在室内照明光源选择、汽车车灯和舞台灯光设计等实际应用领域中的应用技巧。
总结
总结光源在设计中的重要性和未来发展的展望，引发观众对光源设计的思考和创新。
欢迎来到《光源原理与设计》PPT课件！通过本课件，我们将深入探讨光源的 原理、种类以及设计。让我们开启光与色彩的奇妙之旅！
引言
了解光源的定义、种类和基本特性，全面了解光源在设计中的重要性和应用。
光源基本原理
深入研究光源的激发原理、辐射原理以及色温与光谱的关系，揭示光源的基 本工作原理。
常见的光源
探索灯丝电灯、浸泡式汞灯、钨卤化物灯、高压钠灯和LED等常见光源的特点 和应用场景。
光源设计
学习光源设计的要点，如何合理组合光源以及光源的调节和控制方法，让设计师们更好地发挥光源的作用。
光源在实际应用中的应用
探索光源在室内照明光源选择、汽车车灯和舞台灯光设计等实际应用领域中的应用技巧。
总结
总结光源在设计中的重要性和未来发展的展望，引发观众对光源设计的思考和创新。
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三. 光源的参量
1. 技术参量
• 光通量
F(lm)
• 功率
P(w)
• 寿命
H(hrs)
全寿命 从亮到熄 有效寿命 F衰减到初始值的一定比例
Microworld
光源原理与设计
Microworld
2. 运行参量 • 光效 η(lm/w) 每单位输入功率产生的光通量
780
Km 380 PV ()d Pin
Microworld
光源原理与设计
3. 光学波段
• 可见光区 380～780 nm
• 红外光
近红外区 780～1500 nm 中红外区 1500～1×10 4 nm 远红外区 1×10 4～1×10 6 nm
Microworld
光源原理与设计
真空紫外 1～200 nm • 紫外光 远紫外 200～300 nm
直管/环形日光灯
紧凑型节能灯
光源原理与设计
五. 光源的应用 1. 照明
体育场照明, 泛光照明……
2. 加热
3. 光化学
照像, 加快化学反应速度……
Microworld
光源原理与设计
4. 光生物
杀菌, 保健, 光合作用……
5. 高科技
模拟室, 光电效应, 军事(夜视仪) LCOS PDP DBD
Microworld
30 32
光源原理与设计
2. 第二代光源—荧光灯
霓虹灯(Neon lamp)
1910
汞蒸汽放电灯
1930
荧光灯(卤粉)
1935
涂钒酸钇荧光粉灯
1967
细管径荧光灯(T12—T8—T5) 1973
异型荧光灯(CFC)
1977
η
Ra
用于广告
38
差
40
好
65
好
85
好
代替白炽灯
Microworld
光源原理与设计
4.Kirchholf Law
M (,T (,T )
)
1
M (,T (,T )
)
2
f
(,T )
Microworld
光源原理与设计
Microworld
三、黑体辐射的基本性质
1.黑体的定义： 黑体就是能够在任何温度下将辐射到
锇丝白炽灯
1898
钨丝白炽灯
1907
真空钨丝白炽灯
1910
充N2螺旋钨丝白炽灯
1913
充Ar(Kr,Xe)钨丝白炽灯
1917
充Ar(Kr,Xe)双螺旋钨丝白炽灯
碘钨灯
1959
溴钨灯
1964
光效η 寿命 1.4～3 几小时 5～5.5 几十小时 5～8 几百小时 8～9 接近一千小时 11 12 14
光源原理与设计
Microworld
2.1 热辐射的性质
光源原理与设计
一、热辐射的定义（温度辐射）
Microworld
因温度而产生的辐射
TE（thermal Equilibrium)热力学平衡状 态 LTE（local thermal Equilibrium)局部 热力学平衡状态
光源原理与设计
Microworld
光源原理与设计
显色性: 被照物体本色被光源显色的程度
指标: Ra
太阳光下最大,为100
钠灯 28
高压汞灯 40
价格
Microworld
光源原理与设计
四. 光源的分类 1. 以放电类型分类
辉光放电,弧光放电……
2. 以工作气压分类
低气压,高气压,超高气压……
3. 以工作气体种类分类
汞灯,荧光灯,惰性气体,金属蒸汽……
近紫外 300～380 nm
Microworld
紫外A区 UVA 400～315 nm 化学线 黑斑线 紫外B区 UVB 315～280 nm 健康线（红斑线） 紫外C区 UVC 280～200 nm 灭菌线
光源原理与设计
Microworld
二. 光源发展简史 1. 第一代光源—白炽灯
碳丝白炽灯
1879(Edison)
二、基尔霍夫定律（Kirchholf Law)
1.光辐射出度Me(T)
Me(T)=Pe(T)/S
单位（W/m2)
Pe——单位时间辐射的能量。
2.光谱辐射出度Mλ（λ,T)
Mλ（λ,T) =dMe(T)/dλ=dPe(T)/Sdλ
光源原理与设计
3.光谱的吸收率α(λ,T)
α (λ,T)=dPe ’(λ,T)=/dPe (λ,T)
光源原理与设计
Microworld
第一章 绪论
光源原理与设计
Microworld
一. 光源的定义
能把其他形式的能量转换为光学波段的电磁辐射的器件 称为光源。
1.能量的形式
• 热能
• 化学能
• 生物能
• 电能—电光源
光源原理与设计
2. 转换方式
• 加热辐射（eg白炽灯）—热辐射光源—连续谱 • 原子激发辐射—线光谱 • 带电粒子的速度变化（轫致辐射）—连续谱
Microworld
3. 第三代光源—钠灯与金卤灯
η
低压钠灯
1932 40
外壳涂红外反射层的低压钠灯 1965 200
高压钠灯
1965 150
钠-铊-铟灯
1961 75
镉-钬-铥灯
1971 90
络合物(Sc-Na)金卤灯
1976 80
无极放电灯
寿命长
Ra 差 差 差 好 很好95 ＞65
光源原理与设计
780
Km 380 PV ()d
•
0PV (d)
0PV (d)
Pin
2 1
η1 转换成辐射的功率占总功率的比例
η2 辐射中可见辐射的比例
光源原理与设计
•光源的颜色
Microworld
色表: 人眼观察光源颜色时的舒适程度(与背景光有关) 色温
照度 E(lux) 房间 E<150lux Tc<4000K 机场 E>500lux Tc>6000K
光源原理与设计
Microworld
Microworld LED
光源原理与设计
Microworld
第二章 白炽灯
光源原理与设计
Microworld
白炽灯主要特性：
使用方便，外型多样，价格低廉 η=8~15 lm/w H=1*103 小时 灯丝色温 Tc=2700~2900K(灯光黄）
Ra≈100
光源原理与设计
Microworld
References:
1. “电光源原理引论” 蔡祖泉等 (1988) 2. “气体与真空中电现象” 卡普卓夫 (1952) 3. “Light Sources” Elenbass (1972)
4. “Gas Discharge Lamp” Johr.F.Vaymouth
Microworld
光源原理与设计
4. 按用途分类 5. 按灯种类分
热辐射光源 按发光原理 气体放电光源
Microworld
光源原理与设计
电光源
Microworld
钨丝灯类
气体放电灯类
固体光源类
白炽灯(普灯)
无极灯
卤素灯
高强度气体放电灯 (HID)类
高压汞灯 高压钠灯 金属卤化物灯
荧光灯类
发光二极管(LED)