人因工程学 第4章 照明环境

P( )
，其总光通量为其组成的各
780
( )
380
P( ) V ( )d
（3）光通量单位 国际单位是流明（lumen，简写lm）。 定义：绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305×10-3 cm2 面积上辐射的光通量为1 lm。 光瓦与流明的换算关系： 由于波长为555 nm的单色光1 w辐射功率所产生的光 通量恰为680 lm，即 1光瓦＝680 lm 或 1 lm =1/680光瓦
亮度的意义： 表示发光面的明亮程度。

dI
眼睛
发光面是指面光源、反射面、 透射面等。
dS图6Βιβλιοθήκη 5 发光面的亮度漫射光源的亮度：
dI n cos L In ds cos
上式说明：理想漫散射面虽然在各个方向上的光强和 光通量不同，但在不同角度的亮度感觉相同。 例如：电视显象管的荧光屏就是一个近似余弦分布的 散射面，即使人从不同角度去看电视图象，其亮度感觉也 是相同的。 亮度单位： 国际单位为：坎德拉／平方米（cd/m2）， 公制单位为：熙提（Stilb，sb）, 它们之间的关系为： 1sb=1cd/cm2=104cd/m2
（3）照明对视觉的影响 人的眼睛能够适应10-3～105 lx的照度范围。 实验表明：照度自10 lx增加到1000 lx时，视力可提高70%。 视力不仅受注视物体亮度的影响，还与周围亮度有关， 当周围亮度与中心亮度相等，或周围稍暗时，视力最好； 若周围比中心亮，则视力会显著下降。 在照明条件差的情况下，作业者长时间反复辨认对象 物，使明视觉持续下降，引起眼睛疲劳（眼球干涩、怕光、 眼痛、 视力模糊、眼球充血、产生眼屎和流泪等。 ），严 重时会导致作业者的全身性疲劳（疲倦、食欲不振、神经 失调）。
（1）视力: 从广义上说，表示人的眼睛识别物体形状的能力。 通常的视力是注视力，包括中心视力、周边视力。
中心视力：指视网膜中心窝处的视力。 周边视力：视网膜中心窝周围的视力。
注意：
（1）明视觉好是指中心视力好，暗视觉好是周边视力好。 （2）暗视觉好：周边视力观察力非常敏锐，易发现运动物体。 （3）明视觉好：中心视力比周边视力好，便于物体仔细观察。 （4）物体的亮度愈大，视力愈好（瞳孔缩小，视网膜上成像清 楚）。 （2） 眼球活动机能 眼球通过六根眼肌（内、外、上、下直肌，上、下斜肌）的 收缩完成运动（瞳孔转向内上方、内下方、内侧、外侧、外下方 和外上方）。 通过睫状肌的收缩与舒张使晶状体变厚，增加眼睛的折光能 力，或使晶状体变薄，减弱折光能力，来调节眼睛看近物和远物 的能力。 括约肌使瞳孔收缩和开大。瞳孔缩小，减少强光进人眼内， 或使瞳孔开大，增加进入眼内的弱光。 可以看出： 外界光线变化，眼睛会产生相应的运动，易造成视觉疲劳。
Ee de / dA
单位：W/m2
6.2.4 辐射强度 Ie
辐射源在给定方向的辐射强度指入射在包含这个点的微小 立体角元上的辐射通量，除以这个微小立体角元。
I e de / d 单位：W/球面度
6.2.5 辐射亮度 Le 辐射源表面上的某点在给定方向的辐射亮度指包含着这个 点的微小面积在给定方向的辐射强度，除以在这个方向的 垂直平面上直角投影所得出的微小面积元的面积。
4 I
lm
光强测量：用“光度计”可以直接测 量某个方向上的发光强度。 例如：计算漫射面（余弦射面）的光 通量特性。
9. 照度 定义：光通量与被照射表面面积之比。
d E ds
单位：勒克斯（Lux，缩写为lx）。 lx定义：1m2的面积上均匀照射1 lm的光通量，其照度为1 lx。照度测量：用照度计直接测量。 如果点光源A发出的光线与被 照表面的法线间成夹角 ，则照 度为 d I cos cos E 2 2 ds r 4 r ds cos d Id I 2 r 上式表明，被照射表面的照度E与光 源的光强I成正比，与夹角的余弦成正比， 而与光源至表面的距离r的平方成反比 （照度的平方反比定律）。
2. 照明与工作效率 通过改善照明条件，可以提高识别速度和立体视觉效果， 从而可以降低视觉疲劳，提高工作效率和准确性，提高产 品质量。
案例1
如图为一个精密加工车间的劳动生产率随照度值的 增加而提高及视觉疲劳逐渐降低的情况，这种趋势在 1200 lx以下时尤为明显。
相 对 视 觉 疲 劳 生产率 生 产 率 增 长
调查分析得出：不同年龄组的人从事性质不同的工作，对照 度值的要求是不同的。 从事一般性工作，改善照明条件后，各年龄组的劳动生产率 提高的幅度均相同。 从事要求视觉条件比较高的紧张作业时，年龄大的人的工作 效率比年轻人更依赖于照明条件。
结论： (1)当照度值增加到临界水平时，工作效率迅速提高。 (2)在临界水平，工作效率平稳，超过这个水平，增加照度 值不能提高工作效率，有时会起到消极作用（可能引起眩 光）。
紫 1 .0 0.8 0.6
紫
绿
红
白天
相 对 视 敏 函 数
黄昏 0.4 0.2
由于当主观感觉亮 度相同时，波长为555nm 的黄绿光的辐射功率Pr （555）最小。因此，荧 光屏绿色背景对眼睛具 有保护作用。
380
460
540
620
700
760
图6.12 相对视敏函数曲线
7. 光通量 光通量就是按照人眼光感觉来度量光的辐射功率。 (1)单色光光通量： 为辐射功率 Pw ( ) 与相对视敏函数V () 的乘积
三. 照明条件对作业的影响
在正常条件下，工作效率和工作质量与照明及其布局是 否合理密切相关，集中反映在照明的数量和质量上。 照明的数量可用照度值表示. 照明的质量则要通过眩光、光色、光谱分布、阴影、 明暗变化等因素来评价。 1. 照明与疲劳 照明对工作的影响，表现为能否使视觉系统功能得到 充分发挥。
Le dIe / dAcos
单位：W/(m2· 球面度)
6.2.6 相对视敏函数 由来：视敏特性—人眼对不同波长的光具有不同灵敏度， 对于辐射功率相同的各色光具有不同的亮度感觉。在相同 的辐射功率条件下，人眼感到最亮的光是黄绿光，而感觉 最暗的光是红光和紫光。视敏特征用视敏函数和相对视敏 函数来描述。 衡量方法：在相同亮度感觉条件下测量各个波长的光的辐 射功率 Pr ( ) , Pr ( ) 越大，人眼对该波长的光越不敏感，
四. 工作场地的照明设计
1. 照明方式 （1）工业生产中的三种照明方式： 自然照明、人工照明和混合照明（自然+人工）。 （2）人工照明按灯光照射范围和效果分为四种方式： a. 一般照明：也称全面照明。 根据充分满足夜间照明要求进行设计。 适用：工作地较密集，或者作业时工作地不固定的场所。 优点：照度较均匀，一次性投资较少，照明设备型式统 一，便于维护修理. 缺点：耗电量大。
视疲劳
（102 lx）
案例2
日本一家纺织公司，原来用白炽灯照明只有60 lx， 改为荧光灯照明后，在耗电量相同的情况下，可获得 150 lx，结果产量增加了10%。
案例3
徐联仓、凌文栓1981年对北京清河毛纺厂质量检验员 的工作质量与照明条件的关系的研究表明：人眼长期进化 的结果，对日光产生了最佳的适应，日光的显色性最好 （日光显色指数为100，荧光灯显色指数为60～80），因此 在日光下最容易发现产品的斑疵。 检验工作场所的照度值应达到500～800 lx，且要求光 线的显色性好。照度值过高或过低、不均匀、显色性差均 会使检验人员的视觉功能下降，使眼睛产生不适感觉，降 低工作效率，增加漏检率。改用金属卤化物灯（250W，显 色指数为90～95，漫散射光，工作台面的照度值为720～ 1080 lx）代替荧光灯（显色指数为60～80，工作台面照度 值为230～1040 lx）后，检验工自我感觉良好，工作效率大 幅度提高，漏检率由51％降到20％。
Pr ( )
越小，人眼对它越敏感。
视敏函数： 相对视敏函数：
K ( ) 1 / Pr ( )
V ( ) K ( ) / Kmax K( )/K(555) Pr (555)/Pr ( )
黄
橙
标准相对视敏函数曲 线（图6.1）。黄昏时与 白天相比，相对视敏函数 V（λ）将向短波光方向 移动，人眼对绿光感觉最 敏感。
第四章 环境照明
电磁辐射 (电磁波)
非电离辐射：紫外线、可见光、红外线、 激光、射频辐射
电离辐射：x射线， 射线
可见光：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫(波长缩短)。 单色光：只含单一波长成分的光。 复合光：包含两种或两种以上波长成分的光。 p101, 图6-2 白光经棱镜后的色散现象 眼睛对物体的色彩感觉是主观（视觉功能）和客观 （物体属性与照明条件）的综合效果。
例如： 一个40w的钨丝灯泡的光通量为468 lm，发光效率11.7 lm／w 一个40w的日光灯的光通量为2100 1m，发光效率为52.5 lm／w。 有的人工光源发光效率可达100 lm／w。
3. 发光强度 指光源在单位立体角内的光通量，简称光强，用I表示， 单位为坎德拉（cd）。 d 光强与光通量的关系为： I 坎德拉（cd） d 立体角：球面积与球半径平方之比。 例如：点光源，球心对球面的立体角为4π立体弧度 cd， I 4
法线 α A
r
ds
结论： 当使用点光源时，为了增加工作面的照度值， 通常将灯放低，并尽可能放在工作面的正上方。 另外，也可通过提高光强或光通量来增加照度。
10. 亮度 （1）定义：发光面在指定方向的发光强度与发光面在垂直 于所取方向的平面投影面积之比。 由图6.5可以得到亮度的表达式为
dI L ds cos
( ) Pw ( ) V ( )
单位：光瓦
当λ=555 nm时光感觉最强，V（555）＝1，此时，Pw（555） (555) 1 =1 w， 光瓦。
其它波长的光由于相对视敏函数下降，辐射功率为1w 所产生的光通量均小于1光瓦。