光学照明知识
灯具光学教学讲义PPT课件
将它与照度的平方反比定律结合起来就有 :
E= I ·cosθ d2
2021
9
简单有效
c)余弦立方定律
光源
O
h
D
式中:I—点光源射向该点的光强;
h—光源离该平面的高度;
θ—平面法线与入射光线的夹角;
I
l— OA长度。
E θ
E= I · cosθ=I · cos3θ
l2
h2
A
2021
10
简单有效
适合路灯的分布光度系统
向 下 光 通 比: 63.0 %
灯 具 效 率:
63.0 %
最 大 距 高 比: A-A: 1.2 B-B: 1.7
2021
36
简单有效
CIE 分 类: 直 接
向 上 光 通 比: .0 %
向 下 光 通 比: 63.0 %
灯 具 效 率:
63.0 %
2021
37
简单有效
最 大 距 高 比: A-A: 1.2 B-B: 1.7
2021
48
简单有效
平均照度=光源光通量×灯具数量×CU ×维护系数 /长×宽 灯具数量=平均照度×长×宽/光源光通量× CU ×维护系数
2021
49
简单有效
维护系数(K)
维护系数是考虑由于光源光通衰减、灯具污染及老化所 引起的效率降低,以及被照场所建筑物内墙表面、顶棚、 地面的反射率下降等因素使照度降低所必须乘入的系数。
8 .31 .26 .23 .31 .26 .22 .30 .26 .22 .29 .25 .22 .29 .25 .22 .21 .131
9 .28 .23 .19 .28 .23 .19 .27 .22 .19 .26 .22 .19 .25 .22 .19 .18 .125
照明光学设计原理与技巧
照明光学设计原理与技巧
照明光学设计是指在照明系统中应用光学原理和技巧来达到预期目标的过程。
以下是一些常用的照明光学设计原理和技巧:
1. 光线传播原理:了解光线如何传播和反射对于设计照明系统至关重要。
根据光线的传播特性选择合适的光源和光具可以实现所需的亮度、光照分布和控制。
2. 反射和折射:通过选择适当的反射和折射材料和形状,可以控制光线的传播方向和角度,从而实现特定的光照效果。
3. 瞳孔原理:使用瞳孔原理可以控制光源的亮度和光照范围。
通过选择合适的瞳孔大小和形状,可以实现所需的光照效果和能效。
4. 高效能源利用:利用光学技巧可以提高能源利用效率。
例如,使用反射镜或透镜来实现光线的集中和聚焦,减少能源消耗。
5. 光束控制:通过透镜、反射镜和光控模块等元件来控制光束的方向、角度和形状,从而实现所需的照明效果。
6. 高光反射控制:使用高光反射控制技术可以减少光线的反射和散射,提高照明系统的效率和效果。
7. 颜色温度和色彩再现性:了解光源的颜色温度和色彩特性对于实现所需的光照效果和色彩再现性非常重要。
选择合适的光源和颜色温度可以达到理想的照明效果。
8. 光控技术:使用光控技术可以根据环境需求和使用情况实时调节照明系统的亮度和光照分布,提高能源利用效率和用户体验。
照明光学设计需要兼顾光学原理、工程技术和人类感知等因素,综合考虑各个方面的要求和约束,才能获得满足需求的照明效果。
灯具光学原理知识点总结
灯具光学原理知识点总结灯具光学原理是指光学系统中硝和光的传播、聚敛和转换规律,是指导灯具设计和应用的重要基础。
了解光学原理不仅有助于提高灯具的设计性能,而且对于正确使用和维护灯具也有着重要的指导作用。
本文将通过介绍灯具光学原理的相关知识点,来帮助大家更好地了解灯具的光学特性。
1. 光的传播和衍射光是一种电磁波,具有波粒二象性,可以在真空和介质中传播。
在介质中传播时,光波会产生折射现象,即沿直线传播的光波在介质中遇到另一种介质时,会改变传播方向。
在某些情况下,光波会发生衍射现象,即光波在通过狭缝或物体边缘时出现弯曲和分散。
在灯具设计中,我们需要考虑光的传播和衍射对于光束的聚敛和扩散影响。
通过合理设计反射器和透镜等光学元件,可以实现对光束的控制和调节,以满足不同需求的照明效果。
2. 反射和折射反射是指光波在遇到不同介质界面时,一部分光波被折射,一部分光波被反射。
反射可以分为镜面反射和漫反射两种。
镜面反射是指光波在光滑表面上的反射,反射光线遵循入射角等于反射角的规律;漫反射是指光波在粗糙表面上的反射,反射光线会向各个方向散射。
折射是指光波穿过介质界面时,由于介质折射率的差异而改变传播方向。
根据折射定律,入射角、折射角和介质折射率之间存在一定的关系。
在灯具设计中,我们可以通过选择合适的材料和表面处理方式,来实现对反射和折射的调控,以提高灯具的照明效果。
3. 光的色散和频谱光的色散是指不同波长的光在通过介质时,由于折射率与波长的相关性,导致不同波长的光以不同程度折射,从而产生色散现象。
光的频谱是指光波的频率分布和强度分布。
通过光的色散和频谱分析,我们可以了解不同波长的光在聚焦、衍射和干涉等现象中的特性。
在照明设计中,我们需要考虑光的色散和频谱对于照明效果的影响。
例如,在色彩还原方面,我们需要选择合适的光源和滤光材料,以实现对光的色彩分布的调整和控制。
4. 光的干涉和衍射干涉是指两道或多道相干光波叠加在一起时,产生交替增强和消除的现象。
照明2aa光学知识及应用-照度.
发散透镜
汇聚透镜
光源与平凸透镜距离不同时的折射现象
F
F
平 行
发 散
光 的 色 散
光 的 色 散
光 的 吸 收
光的吸收,就是光线通过或者射达某些 物体时,光线被减弱、消失或某些色谱消失 的现象。
值得注意的是当彩色光线照射在有色表面上时, 所产生的效果是由他们的 合成光谱曲线 而来的。
当光线遇到透明有色材料时,将投射出有色材 料本身颜色的光。
常用凹镜的反射原理
光源在螺纹透镜的焦点之内,得到的是分散光束。
常用凹镜的反射原理
聚光灯的凹镜使光输出效率提高了1/3的光通量
光源在螺纹透镜的焦点之外,得到的是汇聚光束。
聚光灯的螺纹透镜使光照度均匀、投射光区没有交叉的干扰光。
回光灯---反射式灯具
A
F C
光 轴
●光源在凹镜的光轴上,可前后移动,以达到投射光 斑放大或缩小的目的。 ●光源在凹镜的曲率中心上时,其反射光束是分散的。 ●光源在凹镜的焦点上时,其反射光束是平行的。
–4
cm = 10 m =10 mμm =10 nm =10 Å
380 ~ 450 450 ~ 480 480 ~ 510 510 ~ 555 555 ~ 585 585 ~620 620 ~780
紫
蓝
青
绿
黄
橙
红
光的反射和反射定律
光的传播在两媒质的分界面上要改变传播方向, 其中有一部分返回到原来的媒质里继续传播,这种 现象叫做光的反射。
多 彩
典型的反射系数 反射系数是反射光对入射光的比率 照射100 英尺-烛光
白粉笔 96% 灰白色 80% 浅灰色 70%
白人脸 36% 黑人脸 10%
灯具相关的光学基本知识
灯具相关的光学基本知识一. 光与电磁波:光是一种电磁波,速度为:30×10000 km/s波长为780~380nm(纳米)。
1纳米=10的-9次方米二. 光谱与颜色:光谱:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫红外线波长:620~780nm。
紫外线的波长:380~420nm。
如下图:波长780~620~590~560~490~450~420~380nm太阳光:波长是780~380nm,纯白色。
白炽灯:波长为780~400nm,缺少紫光,故合成后光色略偏红黄。
荧光灯:波长为750~310nm,缺少红光,故合成后略带青色或呈青白色。
三. 灯具的主要作用:1. 固定和保护灯;2. 控制和分配灯光,突现所需的光分布;3. 装饰与美化环境四. 照明灯具的光特性:照明灯具的光特性主要用三项技术数据来说明,即:1. 发光强度的空间分布;2. 灯具效率;3. 亮度分布或灯具遮光角;五. 发光强度的空间分布任何灯具在空间各方向上的发光强度都不一样,我们可以用数据或图形把照明灯具发光强度在空间的分布状况记录下来,通常我们用纵坐标来表示照明灯具的光强分布,以坐标原点为中心,把各方向上的发光强度用矢量标注出来,连接矢量的端点,即形成光强分布曲线,也叫配光曲线。
因为大部份的灯具的形状是轴对称的旋转体,其发光强度在空间的分布也是轴对称的。
所以,通过灯具轴线取任一平面,以该平面内的光强分布曲线来表明照明灯具在整个空间的分布就够了。
如果照明灯具发光强度在空间的分布是不对称的,例如长条形的荧光灯具,则需要用若干测光平面的光强度分布曲线来说明空间光分布。
取同灯具长轴相垂直的通过灯具中心下垂线的平面为C0平面,与C0平面垂直且通过灯具中心的下垂线的平面为C90平面。
至少要用C0、C90两个平面的光强分布说明非对称灯具的空间配光。
为了便于对各种照明灯具的光分布特性进行比较,统一规定以光通量为1000流明(lm)的假想光源来提供光强分布数据。
照明基础必学知识点
照明基础必学知识点1. 光的本质:光是一种电磁辐射,具有波粒二象性,在空气中的速度约为每秒30万公里。
2. 白光与彩色光:白光是由各种波长的光混合形成的,而彩色光是指特定波长范围内的光,如红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等。
3. 光的三基色:在彩色光中,红、绿、蓝被称为光的三基色,它们可以组合形成各种其他颜色。
4. 光的反射:光遇到物体时,部分光线会被物体表面反射回来,我们通过反射的光线才能看到物体。
5. 光的折射:光从一种介质传播到另一种介质时,会发生折射现象。
光线在折射时会改变传播方向,并且光在不同介质中的传播速度也会改变。
6. 光的传播方式:光可以直线传播,也可以经过反射、折射等方式传播。
7. 光的衍射:当光经过一个小孔或物体边缘时,会出现衍射现象,即光的弯曲和扩散。
8. 光的干涉:当两束或多束光线重叠在一起时,会出现干涉现象,干涉可以产生明暗条纹。
9. 光的色散:当白光通过一种介质时,不同波长的光会因为折射率的不同而发生偏折,从而产生彩虹色的现象。
10. 光的强度和亮度:光的强度指的是光的辐射能力,亮度指的是人眼感知到的光的明暗程度。
11. 光源的分类:光源可以分为自然光源和人工光源。
常见的自然光源有太阳和火焰,常见的人工光源有灯泡、荧光灯、LED等。
12. 光的色温:光源的色温是指光源发出的光线的颜色,常用单位为开尔文(K),冷色调的光源色温较高,暖色调的光源色温较低。
13. 光的强度衡量:光的强度可以通过光通量和光照度来衡量,光通量单位为流明(lm),光照度单位为勒克斯(lx)。
14. 光的色彩表示:光的色彩可以通过RGB(红绿蓝)或CMYK(青、品红、黄、黑)等颜色空间来表示。
15. 光的效果:光的效果常常可以利用透镜、反射器等光学元件来实现,如聚光、扩散、聚束等。
这些基础知识点是照明领域中常见且重要的内容,在学习和理解照明原理和应用时,对于工程设计、灯具选择、照明效果评估等方面都具有指导作用。
LED灯具基础知识
晶日照明科技有限公司
目录
第一章:光学知识简介 第二章:常用光源简介 第三章:LED光源的优越性 第四章:我公司LED路灯介绍
第一章 照明光学知识简介 一:光的度量及其单位
光通量 光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并能使人眼产生光感的能量,称为 光通量。单位为流明(lm)。光通量=光效X功率 发光强度(光强) 光源在空间某一方向上单位立体角内发射的光通量与该立方体角的比值,称 为光源在这一方向上发光强度,简称光强,单位为坎德拉( cd)。 照度 照度是用来说明被照面(工作面)上被照射的程度,通常用其单位面积内所 接受的光通量来表示,单位为勒克斯(lx)或流明每平方米(lm/m2)。 亮度 亮度也是用来表示物体表面发光(或反光)强弱的物理量,被视物体发光面 在视线方向上的发光强度与发光面在垂直于该方向上的投影面积的比值,称 为发光面的表面亮度,单位为坎德拉每平方米(cd/m2)。 光源的发光效率 光源的发光效率通常简称为光效,是描述光源的质量和经济的光学量,它反 映了光源在消耗单位能量的同时辐射出光通量的多少,单位是流明每瓦 (lm/w)=lm/w。
三、光的显色性
光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性,也就是颜色逼真 的程度,显色性高的光源对颜色表现较好,我们所见到的颜色 也就接近自然色,显色性低的光源对颜色再现较差,我们所见 到的颜色偏差也较大,用显色指数(Ra)表示。国际照明委 员会CIE把太阳的显色指数定为100,各类光源的显色指数各 有相同,如:高压钠灯的显色指数为Ra=23,荧光灯管显色指 数Ra=60-90。显色指数越接近100,显色性就越好。 如下图:不同显色指数下的物体所呈现出来的效果; 很好 较好 普通 Ra=100 80<Ra<90 60<Ra<80
照明基础知识
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第二章
常见电光源及电器介绍
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常见电光源主要性能参数比较
白炽灯 额定功率(W) 光效(Lm/W) 平均寿命(h) 显色指数 色温(K) 151000 2.4-12 500 100 2500 荧光灯 6-125 25-60 5000 60-80 5000 高压汞灯 50-1000 16-50 5000 30-40 5000 高压钠灯 35-1000 70-120 20000 20-25 2000 金卤灯 353500 60-90 8000 65-90 5000 120以 上 50000 60-85 6000 LED 无极荧光灯 20-250 60-80 100000 60-80 5000
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4.灯具效率 灯具实际发出的光通量与灯具内电光源发出的光通 量之比。它是衡量灯具是否节能的重要指标之一 ,用 百分数表示。 5.光通量维持率 灯具在给定的点燃时间后的光通量与其初始的光通 量之比,用百分数表示。 6.照明功率密度(LPD) 单位面积上的照明安装功率(包括光源、镇流器或 变压器),单位为W/m2。
(2)色温和显色性 一般照明用的卤钨灯的色温为2800~3200 K。与普通白炽灯相比,光 色更白一些,色调也稍冷一点,卤钨灯的显色性十分好,一般显色指 数Ra=100。
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荧光灯
荧光灯具有光效高,发光柔和,寿命长等特点,可以做 成各种光色,其形状有直管形U形和环形等,广泛用作室内 照明。
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照明设计基础知识
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第一章 光学和照明工程
一、光的基本概念
光是一种电磁辐射,可见光是电磁辐射的一部分,电磁辐射包括 微波、红外、可见光、紫外辐射、x射线和γ射线。在这些电磁辐射中 ,只有可见光波段是眼可见的。 可见光波段包括波长380-780纳米(1 纳米=10-9米)的电磁波段。
照明基础知识
照明基础知识一、光学基本知识1. 光的本质光的本质是一种电磁波,其波长范围广泛。
能够引起视觉反应的光被称为“可见光”,其波长在380-780纳米之间,是电磁辐射光谱中的一小部分。
不可见光如红外线、紫外线等,则因其波长超出此范围而无法被肉眼直接感知。
2. 光通量光通量是衡量光源输出可见光量的总和,是光源发光能力的指标。
它表示发光体每秒所发出的可见光量,单位为流明(lm)。
3. 光效与发光强度光效即发光效率,是电光源将电能转化为光的能力,以流明每瓦(lm/w)为单位。
发光强度(光强)则是指发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量,常用坎德拉(cd)来表示。
4. 照度与亮度照度是表征被照面上接收光的强弱,即被照面单位面积上接收的光通量,单位为勒克斯(Lux)或流明平方米(lm/㎡)。
而亮度则是指光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中反射光的数量,单位为坎德拉每平方米(cd/㎡)或坎德拉每平方厘米(cd/cm²)。
5. 眩光与光束角眩光是指视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比造成的视觉不舒适感。
光束角则是射灯发射光的空间分布,以中心最强,向四周逐渐减弱到中心光强50%强度的圆锥角。
6. 其他重要概念●功率因素:电路中有用功率与实际功率之间的比值,影响电网的平衡度和无功损耗。
●频闪效应:电感式荧光灯随电压电流周期性变化,光通量也周期性变化,导致视觉不舒适。
●平均寿命与经济寿命:衡量光源使用寿命的指标,分别考虑光源损坏和光束输出衰减的情况。
●显色性:光源对物体颜色的呈现能力,以显色指数(Ra)表示,高显色性光源能更真实地还原物体颜色。
●色温:光源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时,黑体的温度即为该光源的色温,以开尔文(K)为单位。
二、照明工作原理照明的基础是光源产生光线并将其传播至需要照明的区域。
照明工作原理主要包括以下几个环节:1.光源产生光线:光源可以是自然的(如太阳、星星)或人工的(如灯泡、LED)。
照明光学设计基础知识
视见函数 • 把人眼对黄光的视觉灵敏度作为基准,其 它色光的视觉灵敏度与黄光的视觉灵敏度 相比,得出各种色光的相对视觉灵敏度, 称为视见函数,用V(λ)表示。 把人眼最灵敏波长(λ=555nm)的视见函数 规定为1,即V(555)=1 V(λ)≤1 不同人在不同观察条件下的视觉函数略有差 别
• 如图示是光强分布曲线,此图对应灯具示意图中 过原点yoz平面光强分布图 • 光强最大值为0.17cd • 光束角 θ 为120度。(光强半强所覆盖的范围)
• 做为照明工程设计人员应该知道亮度学和照度学 的分别为:前者是研究一个光源的发光特性,后 者为被照物体的光照特性;前者的物理量有光通 量(单位:lm)、发光强度(单位:cd描述点光 源)亮度(单位:cd/m2描述面光源)后者的物理 量为照度(单位:lux) • 辐射度学可作为了解。
S O
r
S 2 r
立体角单位:以锥顶为球心,以r为半径作
一圆球,若锥面在原球上所截出的面积等于r2, 则该立体角为一个“球面度”(sr)。
整个球面的面积为4π r2, 对于整个空间有
4r 2 4 r
2
即整个空间等于4 π球面度
• 立体角是平面角向三维空间的推广。在二 维空间,2π角度覆盖整个单位圆。 • 在三维空间, 4π的球面度立体角覆盖整个 单位球面。
按照反射定律在介面上全部被反射回原介质 对应于sin I ' 1的入射角 I 被称为临界角 记为 I m ,可知
n' sin I m n
全反射的两个条件: (1)光密到光疏介质; (2)入射角大于临界角; 全反射的应用:
(1)制成各种全反射棱镜,用于折转光路,代 替平面反射镜。 (2)制造光导纤维。 (3)照明光学中制造 全反射透镜。
光学基本知识-照度
光学基本知识-照度照度照度(Luminosity)指物体被照亮的程度,采用单位面积所接受的光通量来表示,表示单位为勒[克斯](Lux,lx) ,即1m/m2 。
1 勒[克斯]等于 1 流[明](lumen,lm)的光通量均匀分布于 1m2 面积上的光照度。
照度是以垂直面所接受的光通量为标准,若倾斜照射则照度下降。
照度的计算照度的计算方法,有利用系数法、概算曲线法、比功率法和逐点计算法等。
(一)利用系数法1、利用系数的概念照明光源的利用系数(utilization coefficient) 是用投射到工作面上的光通量( 包括直射光通和多方反射到工作面上的光通)与全部光源发出的光通量之比来表示,即u=φe/nφ利用系数u与下列因数有关:1)、与灯具的型式、光效和配光曲线有关。
2)、与灯具悬挂高度有关。
悬挂越高,反射光通越多,利用系数也越高。
3)、与房间的面积及形状有关。
房间的面积越大,越接近于正方形,则由于直射光通越多,因此利用系数也越高。
4)、与墙壁、顶棚及地板的颜色和洁污情况有关。
颜色越浅,表面越洁净,反射的光通越多,因而利用系数也越高。
2、利用系数的确定利用系数值应按墙壁和顶棚的反射系数及房间的受照空间特征来确定。
房间的受照空间特征用一个“室空间比”(room cabin rate,缩写为RCR)的参数来表征。
如图8-12所示,一个房间按受照的情况下不同,可分为三个空间:最上面为顶棚空间,工作面以下为地板空间,中间部分则称为室空间。
对于装设吸顶灯或嵌入式灯具的房间,没有顶棚空间;而工作面为地面的房间,则无地板空间。
室空间比 RCR=5hRC(l+b)/lb:公式中hRC,代表室空间高度;l,代表房间的长度;b,代表房间的宽度。
根据墙壁、顶棚的反射系数(参看表8-1)及室空间比RCR,就可以从相应的灯具利用系数表中查出其利用系数。
3、按利用系数法计算工作面上的平均照度由于灯具在使用期间,光源本身的光效要逐渐降低,灯具也要陈旧脏污,被照场所的墙壁和顶棚也有污损的可能,从而使工作面上的光通量有所减少,所以在计算工作面上的实际平均照度时,应计入一个小于1的“减光系数”。
照明光学基础知识
c。对比眩光:观看物与其背景的亮度对比大而引起
d。直接眩光:由于光源或灯具对眼睛的照射而产生
微弱眩光45
e。光幕眩光:由轻度光滑的表面引起,在视线中形成光幕
f。斜照眩光:观看物体时近旁有较高辉度的光源时产生
°
g。反射眩光:由高反射率的表面反射引起 中等眩光27°
h。顺应眩光:由黑暗之处突然来到光明之处,人眼未来的及调整适应
人眼
生理效应 视见函数
大脑 心理效应
光光的的三三原原色色
1. 公元1931年及1964年国际照明委员会(CIE)决定色彩表示法为: 利用光的三原色:红(R)/绿(G)/蓝(B)之混合比率表示法来表示光源 色或物体色之色相。
2. 三基色:红、绿、蓝(稀土元素在紫外线照射下呈现的三种颜色) 3. RGB系统之混合比率为:1:4。6:0。06
非连续使用的工作场所。办公室、接待室、客房写字台、商店货架、柜台、小卖部、 厨房、售票房、排演厅、检票处、手术室、放射室、广播室、总机室、电教室、保龄 球、理发室等等。
4 200-300-500
简单视觉要求的作业场所。如阅览室、设计室、打字室、橱窗、陈列室、美容、烹调、 体育运动的训练场、玻璃石器金属品的展览厅、保龄球、排球、羽毛球、武术等的比 赛场所等等。
序号 照度范围(LX)
应用场所
1 20-30-50
室外活动场所及工作场所。如走廊、贮藏室、楼梯间、浴室、咖啡厅、站前广告等等。
2 30-100-150
流通场所,短途旅程的方向定位。如电梯前室、客房服务室、酒吧柜台、室内菜场营 业厅、值班室、邮电、游艺厅、剧场、进站大厅、问询处、诊室、商场领道区等等
3 100-150-200
照明光学基础知识
照明光学设计原理及技巧
照明光学设计原理及技巧
照明光学设计是指基于光学原理和技巧来设计照明系统,以实现高效、均匀、舒适的照明效果。
在进行照明光学设计时,以下是一些重要的原则和技巧:
1. 光的投射与散射:光源发出的光线需要经过适当的反射、折射和散射,以实现所需的光照效果。
通过使用不同材料的反射镜、透镜和衍射元件,可以控制光的方向、强度和分布。
2. 光束的控制:通过使用凸透镜、聚光灯和反射器等光学元件,可以控制光束的聚焦或扩散,以实现需要的照明形式。
例如,聚光灯可以将光束集中到一个特定区域,而反射器则可以将光束扩散到更大的区域。
3. 颜色温度和色彩还原性:照明系统的颜色温度和色彩还原性对于创造舒适的照明体验至关重要。
颜色温度通常通过选择合适的光源来实现,而色彩还原性可以通过光源的CRI(Color Rendering Index)来评估和优化。
4. 照明平衡与均匀性:在设计照明系统时,需要确保光线在被照明区域内的分布均匀且平衡。
通过合理布置灯具、采用适当的光线控制装置和良好的灯具排布,可以实现更均匀的光照效果。
5. 照度和照射度:照度是指单位面积上接收到的光照量,而照射度是指光源发出的光线通过单位面积的强度。
在照明光学设计中,需要根据照明需求和使用环境,合理地选择照度和照射
度的数值。
6. 舒适和节能:照明系统既要满足人眼的舒适感受,又要考虑节能和环保。
通过合理控制照明亮度、色温和照明效果,可以达到提供舒适照明的同时最大限度地减少能源消耗。
照明光学设计是一个综合性的工程领域,需要考虑多个因素并进行合理权衡。
通过掌握照明光学的基本原理和技巧,设计出高效、均匀、舒适的照明系统将变得更加容易。
LED灯-光学知识
LED灯-光学基本知识1光(light )光的本质是电磁波, 是整个电磁波谱中极小范围的一部分光是能量的一种形态;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380 到760nm 之间,仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。
温度远远高于50Hz 工作时的温度,从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性。
2、光通量(光束)Φ光源发射并被人的眼睛接收的能量之和为光通量。
一般情况下,同类型的灯的功率越高,光通量也越大。
例如:一只40W 的普通白炽灯的光通量为350---470lm,而一只40W 的普通直管形荧光灯的光通量为2800lm 左右,为白炽灯的6--8 倍。
3、照度(illuminance)单位被照面上接收到的光通量称为照度。
如果每平方米被照面上接收到的光通量为 1 (lm),则照度为1(Lux)。
单位:勒克斯(Lux)。
勒克斯(lux)相当于被照面上光通量为 1 流明(lm)时的照度。
夏季阳光强烈的中午地面照度约5000 lux ,冬天晴天时地面照度约为2000 lux ,晴朗的月夜地面照度约0.2 lux 。
4、亮度(luminance )光源在某一方向上的亮度是光源在该方向上的单位投影面积、单位立体角中发射的光通量。
如果我们把每一物体都视为光源的话,那么亮度就是描述光源光亮的程度,而照度正好是把每一物体都作为被照物体,用一块木板来举例说明,当一定光束照到木板时我们讲木板有多少照度,然后木板将多少光束反射到人眼,就称为木板的多少亮度,那么有如下式子:亮度等于照度乘以反射率。
在同一房间同一位置一块白布和一块黑布的照度是相同的,而亮度是不同的。
5、光效(luminous efficacy of light source )光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率(瓦)的比值,称为该光源的光效。
单位:流明/ 瓦(lm/W发光效率只表示光源的效率,与将光源安装到照明器具上后器具的整体效率(综合效率)是不同的概念。
光学照明相关系数123
光效全称:发光效率概述:光源所发出的总光通量(流明、亮度)与该光源所消耗的电功率(瓦)的比值,称为该光源的光效。
发光效率值越高,表明照明器材将电能转化为光能的能力越强,即在提供同等亮度的情况下,该照明器材的节能性越强;在同等功率下,该照明器材的照明性越强,即亮度越光效也称为光源的发光效率或者光源的功率因素,表征从光源中射出的光通量与光源所消耗的电功率之比大。
光效也称为光源的发光效率或者光源的功率因素,表征从光源中射出的光通量与光源所消耗的电功率之比照度照度(Luminosity)指物体被照亮的程度,采用单位面积所接受的光通量来表示,表示单位为勒[克斯](Lux,lx)光通量光通量测试仪光通量(luminous flux)指人眼所能感觉到的辐射功率,它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。
由于人眼对不同波长光的相对视见率不同,所以不同波长光的辐射功率相等时,其光通量并不相等。
光通量是每单位时间到达、离开或通过曲面的光能数量。
流明(lm)是光通量的单位。
光源的辐射能通量;对人眼所引起视觉的物理量。
即单位时间内某一波段内的辐射能量与该波段的相对视见率的乘积。
人眼对不同波段的光,视见率不同;故不同波段的光辐射功率相等,而光通量不等。
[显色指数光源对物体的显色能力称为显色性,是通过与同色温的参考或基准光源(白炽灯或画光)下物体外观颜色的比较。
光所发射的光谱内容决定光源的光色,色差程度愈大,光源对该色的显色性愈差。
演色指数系数(Kau fman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。
显色分两种忠实显色:能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源,其数值接近1 00,显色性最好。
效果显色:要鲜明地强调特定色彩,表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果。
采用低色温光源照射,能使红色更加鲜艳;采用中等色温光源照射,使蓝色具有清凉感;采用高色温光源照射,使物体有冷的感觉。
指数(Ra)等级显色性一般应用90-100 1A 优良需要色彩精确对比的场所80-89 1B 需要色彩正确判断的场所60-79 2 普通需要中等显色性的场所40-59 3 对显色性的要求较低,色差较小的场所20-39 4 较差对显色性无具体要求的场所白炽灯的理论显色指数为100,但实际生活中的白炽灯种类繁多,应用也不同,所以其Ra值不是完全一致的。
《照明光学基础》课件
道路照明案例
介绍道路照明的案例,包括 道路照明的需求和解决方案。
ห้องสมุดไป่ตู้
结论
1 总结
2 展望照明光学的未来
总结照明光学基础的重点内容。
对照明光学未来发展方向进行展望和思考。
《照明光学基础》PPT课 件
本课程将深入介绍照明光学的基础知识和应用,从照明和光学的概述开始, 逐步深入探讨光的属性、光学系统、照度计算、日光系统设计和照明光学应 用案例。
第一部分:照明基础
• 照明概述 • 照明类型 • 光源参数 • 光的基本概念
第二部分:光学基础
光学概述
介绍光学的基本概念和原理。
第四部分:照度计算与分配
1
照度的基本概念
解释照度的定义和测量方法。
2
照度计算
介绍如何计算照度值。
3
照明设计中的照度分配
探讨照明设计中如何合理分配照度。
第五部分:光辐射计算
1
光辐射的基本概念
介绍光辐射的定义和作用。
2
光辐射度量的基本参数
讨论光辐射度量中的基本参数。
3
光辐射度量的计算方法
解释如何计算光辐射强度和能量。
第六部分:日光系统设计
1 日光系统特点
研究日光系统的特性和优势。
2 日光系统设计中的影响因素
分析影响日光系统设计的因素。
3 日光系统设计中的光学器件选择
指导在日光系统设计中如何选择合适的光学器件。
第七部分:照明光学应用案例
室内照明设计案例
通过实际案例展示室内照明 的设计思路和效果。
室外照明设计案例
理想光源与实际光源
对理想和实际光源进行比较和分析。
几个光学照明术语
几个光学照明术语光通量Φ 单位:流明[lm]指人眼所能感觉到的辐射功率,它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。
在理论上其单位相当于电学单位瓦特,因视觉对此尚与光色有关。
所以依标准光源及正常视力度量单位采用“流明” 。
0()()d K V d d λλλλ∞ΦΦ=⋅⋅⋅⎰,K 为光敏度,其中()d λΦ味一定波长间隔内的辐射通量,()V λ为视见函数,即人眼相对光谱敏感度曲线。
流明[lm]:由一个发光强度为1cd 的均匀点光源在单位立体角(球面度)内发射的光通量,或者等效为频率为1254010Hz ⨯、辐射通量为1/683W 的单色辐射束的光通量。
辐射功率Φ 单位:瓦特[W]以辐射型式发射、传输或接收的功率。
辐射功率通常被称为辐射通量。
光强I 单位:坎德拉[cd]一般光线都是向不同方向发射的,并且强度各异。
可见光在某一特定方向角内所发射的强度就叫做光强。
也就是指在某一特定方向角Ω内所发射的光通量Φ。
[lm][]=[sr]I cd ΦΩ特定角度内的光通量光强特定角度照度E 单位:勒克司[lx]照度是光通量与被照射面积之间的比例系数。
1 lx 即指1 lm 的光通量平均分布在面积l m 2平面上的明亮度。
2[][lx]=[m ]lm E Φ落在物体表面的光通量照度照明表面积S辐照度E 量纲[W/m 2]投射到包含该点的面元上的辐射通量与该面元面积的比值。
/E d dA =Φ光谱福照度E λ 单位:2/W m nm ⋅入射在一个面元上的一定波长间隔内发出的辐射功率()d λΦ与该面元的面积dA 和波长间隔d λ之商。
()d E dA d λλλΦ=⋅ 辐射能量Q 单位:焦耳J 在给定的持续时间t ∆内,辐射通量Φ的时间积分。
0t Q dt =Φ⋅⎰辉度(亮度)L 单位:坎德拉/平方米[cd/m 2]是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。
22[cd][cd/m ]=[m ]I L 光强辉度被观察表面的面积S辐射亮度L 单位: 2/cd m 或2/W m sr ⋅ cos v v d L dA d θΦ=⋅⋅Ω,v d Φ是经过给定点的光束元在包含给定方向的立体角d Ω内的传播的光通量;dA 是包含给定点的该光束的截面面积;θ是截面法线与辐射束方向之间的夹角。
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电视照明设计中的艺术光是电视图像造型的重要手段,没有光就没有图像形象与空间,光用来渲染气氛,突出重点,创造立体图像;赋予图像光色情调,构成图像视觉造型风格。
在现代灯光设计中,把灯光光线、灯光色彩、灯光造型与节目样式相结合,通过运用灯光的扬抑、隐现、虚实、动静以及投光面积和角度,以建立空间中的光构图、光气氛、光秩序、光节奏,渲染了空间变化效果,改善了空间比例,限定了空间区域,强调了视觉中心,增加了空间层次,明确了空间导向。
通过灯光自身的造型、形态、光感以及灯具的排列组合对空间起着构成或强化艺术效果的作用。
灯光照射到空间结构或装饰材料上,借助于光影和光色效果揭示出结构与材料的韵律美,这些都是借助于光的手段而实现的艺术现象。
对于数字时代的电视图像来讲,光的意义和作用就更有其独到之处。
由于光是电视这门艺术赖以生存的基本媒介和重要工具,电视图像的完美程度都与光有着直接关系。
对于光作用的不断认识和灯光设备的不断现代化,推动了电视艺术的发展。
如果离开了对光的因素的积极研究和努力实践,将直接影响人们对电视质量的认同,这即是指电视的光电转换依赖于光的物理现象和实现高清数字电视概念的提出,又是指电视语言及其改进离不开对光的探索。
灯光图像的技术质量和艺术效果是和视频技术现状及灯光技术状态相联系的。
电视节目制作是建立在技术基础上的艺术创作,数字时代为电视艺术创作建立了新的平台,拓展了空间。
数字高清晰度电视对灯光制作图像有什么样的要求,需要从数字高清视频系统特性上与现阶段视频系统的比较中去发现。
电视图像的格式不同,现阶段的传统电视采用4:3的宽高比,数字高清晰度电视采用了16:9的宽高比。
由于格式不同,电视图像变宽,摄像视角的变化,图像包含的范围更大,几乎与人的眼睛视觉相一致。
在传统摄像摄像视角中不会被拍到的内容,在数字摄像机面前都会进入图像。
这对于灯光人员提出了新的课题,它不仅是布光范围、布光区域扩大了,而且需要产生新的光观念、审美性和布光方法,以适应16:9的图像空间,同时提高对新空间的认识与运用——图像空间的明暗分配,图像主体的突出,图像层次的控制;提高对造型风格样式的出新——新构成的学习于运用。
提高布光水平—灯位定位准确,不同的光型发挥不同的作用,光影不乱。
光线投射的水平角与垂直角符合人物形象。
提高控制能力-平衡不同光位,不同光型,不同光质,不同光色,以便更好的造型图像。
提高配置灯具—人物光宜整不宜碎,光影明确(遵循天上只有一个太阳原则)。
同时也对灯具的有效发光强度,光斑投射面积,光斑均匀度提出了更高的要求;效果光宜碎不宜整,只有一定数量灯具才能完成灯光构图和形态造型。
电脑灯自1981年问世以来已经走过了很长一段的发展之路,它基本实现了灯光设计人员梦寐以求的在一台灯具上可以控制光的基本属性光线的强度、光的颜色、光的图案、光束形状、光斑大小、光的角度、光束移动、光的频闪等,它提供了更加自由的设计空间。
随着技术的不断提高和普及,电脑灯的性价比让人们接受,成为数字图像的有力工具。
由于数字高清摄像机的灵敏度、信噪比、宽容度和动态范围的提高,相应的提高了图像的明暗对比度。
由此灯光创造的光比可以有较大的提高,充实了灯光的艺术造型能力。
提供了更大的表现空间。
对此,设计人员应该加强图像中人物、环境、光效的研究,加强图像造型和光形态构成的研究,加强图像色彩气氛的生成和影调控制的研究,使人们在欣赏16:9图像过程中,享受不同的感观体验。
一、光的不同性质——光质由于光源种类不同,光照路径不同,或者同一光源光照条件不同,就产生了不同性质的光。
从照明的角度,从光的性质分为直射光、散射光、反射光。
从艺术造型的角度,从光的分散性上分为硬光和柔光。
硬光和柔光是布光造型过程中常遇到的内容。
(一)硬光光远射出方向性较强的光线,直接照在目标上,成为一种直射光。
如自然光源中的太阳以及来自水面的反射光,人工光源的聚光灯、回光灯、筒子灯、闪光灯等。
硬光发出的光线方向性强,照射范围容易受到严格控制。
其特性为:光照强烈,光线聚集性好,阴影有边缘。
硬光在布光造型过程中是常用光线,常作为主光。
它具有敏锐而鲜明的造型性能,它可显出仪态和形状,揭示被摄目标的线条和表面特征,质感清晰。
从画面造型效果上看,直射光光质很硬,鲜明有力,被照射目标的光比很大。
这些造型特点如果用在人物布光上,可以表现人物刚毅的性格,刻画出皮肤质感,塑造出“性格人像”;如果用在环境布光上,可以充分显示景物立体感、纵深感,景物层次分明。
因此,有时为了勾画物体的轮廓而大面积地采用硬光,在以深色做背景时,硬质光在空间介质的作用下可充分显示“光束环境”(二)柔光光源射出的光通过具有一定密度的介质柔化后照在目标上,形成一种散射光。
如自然光源中透过薄雾、薄云的阳光,以及来自沙滩的柔和反射光;人工光源中通过柔光纸发散聚光灯的光线及提供漫射性无影的柔光灯,还有灯光打在表面粗糙的反光板上或者墙壁上形成的反射光。
柔光照明范围宽广,光照强度均匀。
其特性为:它造成一个中间格调的区域,照明的主要部位向远处涿渐变暗。
柔光在布光范围内形成的杂散光不易受到控制。
柔光在布光造型过程中主要被用做基本光和辅助光。
基本光就是用柔光在布光面积内全面铺光,它可以防止布光不均匀而出现的暗区,降低画面总体对比度,使明暗对比度的范围保持在视频的宽容度之内。
柔和的基本光有助于对比出硬质主光的造型。
柔光作为辅助光时可缓和硬光所固有的生硬度,冲淡阴影。
而且柔光也是一种图像布光造型形式,散射光的特点是光质柔和,光线方向性不明显,投影被虚化,明暗光比小,适宜描写细腻质感的高调人像。
柔光用在环境光上容易产生平淡的无立体感又无生气的图像,景物的透视感、立体感和纵深感受到削弱。
在实际工作中应该有目的地控制使用。
二、光的不同位置——光位与灯位从光运行规律和用光实践来看,光位的选择是首当其冲的。
光位,顾名思义是指光源所在位置与角度,光的水平位置与垂直角度又是形成布光造型的直接因素。
灯位概念:这是根据灯光的水平位置、角度而给灯位规定的名称。
布光方向面对人物,以鼻中央水平位置为支点,确定了不同水平位置和角度的灯位(见图5.1.1)。
逆光轮廓光正面光侧逆光前侧光中侧光(交叉光)侧光侧光侧逆光轮廓光侧光逆光正面光前侧光中侧光(交叉光)图5.1.1 灯光水平位置与角度平面示意图正面光(也叫顺光),位于水平位置0-10度。
前侧光,位于水平位置20-30度。
中侧光(也叫交叉光,因为在水平45度角的位置上与面轮廓光形成交叉),位于水平位置40-50度。
侧光,位于水平位置60-90度。
侧逆光,位于水平位置110-120度。
轮廓光(也叫边缘灯光),位于水平位置135-160度。
逆光,位于水平位置170-190度。
在布光造型的过程中,除了需要选择水平位置的灯位,还需要得到不同高度与垂直角度的灯位(见图5.1.2)。
这是以人的眼睛为水平线,零度。
顶光高位灯光中高位灯光低位灯光(脚光)图5.1.2 灯位垂直高度与角度剖面示意图低位灯光,位于水平位置以下35-45度之间。
中低位灯光,位于水平位置以上20-30度之间。
中位灯光,位于水平位置以上40-45度之间。
中高位灯光,位于水平位置以上60度左右。
高位灯光,位于水平位置以上70度左右。
顶光,位于水平位置以上90度。
以上概念需要仔细掌握,因为它会在布光过程中起到事半功倍的作用。
在实际工作中只要你选择了某种灯位(如正面光、中位灯光),你就选择了灯位投射角度、投射距离及光线造型效果。
二、光的不同类型——光型在布光过程中,出于造型的目的,根据光的用途,可以把光分成不同的类型:(一)主光它是布光造型中的主要光源,起着主导作用。
主光的光纸,可以是硬光也可以是柔光,但光质的选择要服从于布光内容的需要。
主光的灯位,可以是中侧光、中位灯光;也可以是侧逆光、高位灯光。
灯位的不同,主光揭示的图像语言则不同,一切视需要而选择。
(二)辅助光在布光造型过程中为了改善暗部阴影中的层次和质感,在主光的另一侧设置了辅助光。
它的主要作用是调节光比,平衡图像亮面与暗面的关系。
辅助光的光质通常选择柔光,照度次于主光。
衡量辅助光的灯位、光纸、照度选择的准确与否是看图像是否形成二次阴影。
如果二次阴影比较明显,需要重新调整辅助光。
(三)逆光(轮廓光)位于拍摄人物以及景物的后方照明人物与景物轮廓的光称为逆光。
它在布光造型过程中具有三种作用:人物、景物的轮廓造型,间隔图形中的层次,提供演区范围内的色彩。
逆光的光质应该选用硬光,光线及中,不易干扰其他光型的作用,同时避免射入镜头图像产生光晕。
(四)背景光简单场景或复杂性场景都存在背景光的处理问题。
处理好人物表演范围内的背景,是形成图像基调和图像风格的基础。
处理背景光的两项感觉。
背景光造型过程中的规律:立体背景强调明暗造型;平面有形背景表现光条变化;内藏灯背景要控制亮度;空白背景可以创造色彩,表现光影图案,描写时间概念;空黑背景适宜创造光幕和。