灯具光学基础

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国际照明委员(CIE) 1931色度图
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0.90
52 0
0.8
53 0
y 0.7
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
51 0
54 0 55 0 56 0
50 0
5000K 7000K 1 0 D65 000K 2 0 000K
57 0
3000K
58 0 60 0 波长(nm)
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显色指数：81.9
24
显色指数：85.7
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注意：

光源的光谱分布决定光源的显色性。
光源的色温和显色性之间没有必然的联系。具有不同光谱分布 的光源可能有相同的色温，但显色性可能差别很大。
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4、光色舒适感与照度的关系
பைடு நூலகம்27
5、眩光
眩光：由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起 不舒适感觉或降低观察目标细部能力的视觉现象，统称眩光。
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平均照度计算
平均照度的计算通常应用利用系数法，该方法考虑了光源直接投射到工作 面上的光通量和经过室内表面相互反射后再投射到工作面上的光通量。利用系 数法适用于灯具均匀布置、墙和天棚反射系数较高，空间无大型设备遮挡的室 内一般照明。
室形指数—room index（RI） ：
照明计算中表示房间几何形状的数值，计算式为：
对比过大，光源较近
对比眩光
失能眩光 反射眩光
光源太近，光线太亮
眩光
镜面、金属面、 光漆面，成像屏幕
视觉适应后，增加光源或增大亮度
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按其对人的视觉影响程度的不同，分为失能眩光、不舒适眩光和失明眩光（ 失明眩光严格禁止）。 1）、不舒适眩光：产生不舒适眩光，但并不一定降低视觉对象的可见度。 2）、失能眩光：降低视觉对象的可见度，但并不一定产生不舒适感觉。 不管是不舒适眩光还是失能眩光，按其产生的原因都有直接和间接之分。 1）、直接眩光：由观察者视场中的明亮的发光体（如光源、灯具）引起的，特 别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的。 2）、间接眩光：观察者在光泽表面上看到发光体的像时，则产生间接眩光。如 果这种反射发生在作业物体上时，称为光幕反射；如果这种反射发生在作业 物体周围时，常称为反射眩光。光幕反射除了产生干扰以外，还会降低作业 对比度，使眼睛观察细节的能力减弱。
型
间距 S(m) S≤3.5H S≤3.5H S≤3.5H
非 截 光
安装高度 H(m) H≥1.4Weff H≥0.9Weff H≥0.7Weff
型
间距 S(m) S≤4H S≤4H S≤4H
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常规照明灯具布置的五种基本方式
（a）单侧布置；（b）双侧交错布置；（c）双侧对称布置；（d）中心对称布置； （e）横向悬索布置
照明的三大要素
照明源
电源
被照物
吸收 反射
人眼
生理效应 视见函数
光源
灯具 控制器 能源管理
透射
光泽度 光洁度 光谱特性 生物效应
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大脑 心理效应
照明的效率
电源 光源亮度、色温、显色性 物 理 效 率 照 明 系 统 整 体 效 率 照 明 效 率 光通量 灯具 配光曲线 照明设计 照度、色温、显色性 被照物 反(透)射率 眼睛视觉 生理亮度、颜色 大脑
注：灯具的悬挑长度不宜超过安装高度的1/4，灯具的仰角不宜超过15°
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按垂直方向的光分布和横向光分布分类
为了对光分布进行分 类，定义了两个量： LRL—纵向道路线 TRL—横向道路线
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灯具的横向分布分为四类
类型 类型定义
光强半峰值轨迹落于 屋边1MH LRL和路边1MH LRL
光强半峰值轨迹落于 路边1MH LRL和路边1.75MH LRL 光强半峰值轨迹落于 路边1.75MH LRL和路边2.75MH LRL 光强半峰值轨迹落于 路边2.75MH LRL以上
灯具光学基础
北京朗波尔光电股份有限公司
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纲要
一、前言
二、照明的三大要素
三、常用名词术语
四、常见灯具光源
五、灯具的光学性能与分类
六、灯具光度测试报告解读和照明计算中 的应用 七、LED光源的应用
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一、前言
1、我们正处在驾驭光、享受光的时代
照明是什么？ 过去：照明是电气，是照亮 现在：照明是家具，是装饰、是光 未来：照明是享受，是健康 从照明工程到照明设计，从数量到质量的转变。 2、视觉的性质和认知决定对照明的量和质的要求
Type Ⅰ
Type Ⅱ Type Ⅲ Type Ⅳ
灯具的纵向分布分为三种
类型 短光型分布 中光型分布 长光型分布 类型定义
最大光强点位于1.0和2.25MH TRL之间，最大的灯具间隔是安装高度的4.5倍。 最大光强点在2.25和3.75MHTRL之间的，最大的灯具间隔是安装高度的7.5倍。 最大光强点在3.75和6.0MH TRL之间，最大的灯具间隔是安装高度的12倍。 44
光度学
色度学
6.1、颜色的基本术语
（1）颜色：目视感知的一种属性，可用白、黑、灰、黄、红、绿等颜色名称进行描述。 （2）光源色：由光源发射的光的颜色。 （3）物体色：光被物体反射或透射后的颜色。 （4）表面色：漫反射、不透明物体表面的颜色。
（5）*光谱分布：光谱密度与波长之间的函数关系。
（6）色品坐标：三刺激之值与它们之和的比。 （7）*色温 ：当某一种光源的色品与某一温度下黑体的色品相同时黑体的温度。 （8）相关色温 ：当某一种光源的色品与某一温度下的黑体的色品最接近，或者说在 均匀色品图上的色差距离最小时黑体的温度。 （9）*显色性：与参考光源相比较时，光源显现物体颜色的特性。 （10）显色指数（CRI）：光源显色性的度量。以被测光源下与参考光源下物体颜色的 相符程度表示。
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照明应考虑的若干问题
照明应考虑 的 若干问题 光源和灯具 的发光效率 显色性
人的生理 和 心理健康
安全标准、 性能标准、 能效标准
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人眼通过照明源在被照物上的光线反射而
识别物体，在这三者的相互关系中主要涉
及到辐射度学、光度学、色度学等基础物
理学科和人的视觉认知科学，因此了解这
些基础学科对照明系统的认知与理解是很 关键也是必要的。
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光源照明是高科技朝阳行业
历史上 : 1879年爱迪生发明 白炽灯是被公认为人类进入 现代文明社会的里程碑 !
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二、照明的三大要素
光源 光源亮度 L（nt） 发光强度I（cd） 物体亮度L（nt） 光通量Φ （lm） 照度E（lx） 主观亮度
关键词：辐射学、光度学、色度学；亮度、照度、颜色„„
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道路灯具光分布分类
1、灯具的配光类型
配光类型 截 光 型 描述
灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0°～65°之间，90°角和80°角方向上的光强最大 允许值分别为10cd/1000lm和30cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小，其在90°角方向上 的光强最大值不得超过1000cd。 灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0°～75°之间，90°角和80°角方向上的光强最大 允许值分别为50cd/1000lm和100cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小，其在90°角方向上 的光强最大值不得超过1000cd。 灯具的最大光强方向不受限制，90°角方向上的光强最大值不得超过1000cd的灯具。
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五、灯具的光学性能与分类
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1、室内灯具光分布分类
室内灯具可以根据光通的分布划分为A、B、C、D、 和E五个型号，如下表所示。
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根据光强分布室内五个型号的灯具可划分21类，如 下表所示。
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室内灯具的光强分布曲线、区域光通比、区域 号及区域角度、上射光通比和下射光通比以及最大 距高比应符合下表的规定。
用8种标准试验色(1-8)比较待测光源的显色和太阳 光下的显色差异度的平均值称为平均显色指数Ra.
一些颜色 = 100 一些颜色 < 100
平均显色指数用Ra表示，Ra值越大，
光源的显色性越好。
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3、光谱图

白炽灯灯的光谱图
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荧光灯光谱图
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高压钠灯光谱图
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LED光谱图 显色指数：70
A 2000K
49 0
77 0
48 0
0
0.1
38 0
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
x
国际照明委员(CIE) 1931色度图
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1、色温

所谓色温，是有与光源具有相同色度的完全辐射体（黑体） 的绝对温度来表示光源颜色的温度，单位为K
不同光源的色温
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色温的数值越低，红色光就越多，色温越高，则蓝色光就 越多，“暖色”与“低色温”对应，“冷色”与“高色温 ”对应。
维护系数（K） 建 筑 物 特 征 分 类 卤钨灯 A．生产中几乎很少有尘埃、 烟、烟灰及蒸气排出或出外 部进入本房间 B．生产中排出或外界进入少 量的尘埃、烟、烟灰及蒸气 ，比较明显但不严重 C．生产中排出或外界进入大 量的尘埃、烟、烟灰及蒸气 ，积累较快 户外露天广场 0.8(0.85) 白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯 0.75(0.8)
六、灯具光度测试报告解读 和 在照明计算中的应用
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光度学中常用的坐标
空间光强分布，可以通过三种方式表示： 1、极坐标 2、直角坐标 3、等光强图
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室内灯具
极坐标配光曲线 空间等照度曲线 平面等照度曲线 平均照度计算
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极坐标配光曲线—36瓦荧光灯
极坐标配光曲线示意图
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平面等照度曲线
平面等照度曲线示意图
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三 、常用名词术语

在光辐射测量中，与能量有关的量有两类：
辐射度学量：客观的物理量 光度学量：主观的物理量 光辐射能包括紫外辐射、可见光和红外辐射的 全部辐射能量，而人眼不仅把看不见的紫外辐射和 红外辐射都排除在外，而且在数量上，人眼感受到 的光辐射能也并不等于看得见的那部分光辐射的实 际能量值。
色温和照度的关系
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2、显色性
•
光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性。为了对光源的显色性进 行定量的评价，引入显色指数的概念。以标准光源为准，将其显色指数定为 100，其余光源的显色指数均低于100。
R1淡灰红色 R3饱和黄绿色 R5淡蓝绿色 R7淡紫蓝色
R2暗灰黄色 R4中等黄绿色 R6淡蓝绿色 R8淡红紫色
L*W RI=———— h（L+W） L——房间长度 W——房间宽度 h——灯具在工作面以上的高度
室空间比— room cavity ratio（CRC）： 北美采用的表示房间几何形状的数值，计算式为：
5*h（L+W） RCR=———— L*W
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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。
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电磁波频谱图
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2、光参数： 光通量：光在单位时间内发出的光量的总和 称为光源的光通量。单位：流明（lm） 例如：一只40W白炽灯的光通量为350470lm，而一只40W荧光灯的光通量为2800 lm左右，是白炽灯的6-8倍。 光强：光源在某一给定方向的单位立体角内 发出的光通量称为光源在该方向的发光强度 ，简称光强。 单位：坎德拉（cd） 例如：一只40W白炽灯的平均光强为28 cd 。而一只40W荧光灯的平均光强为224 cd。 照度：光源照射在被照物体单位面积上的光 通量。 单位：勒克斯（lx） 例如：一只40W白炽灯的书写台灯，桌面上 的平均照度为200-300 lx。 亮度：光源在某一方向上的光强与发光面在 该方向上投影表面积之比。 单位：坎德拉 每平方米（cd/m2） 例如：太阳的亮度为2x109 cd/m2 ，白 炽灯的亮度为（3-5）x106 cd/m2，荧光灯 的亮度为（6-8）x103 cd/m2 13


实验表明，炫目亮度L0与像场亮度L（cd/m2）之间的数值关系为
L0 8
3
L
由此可说明为何100W的灯在白天人眼不感炫目，但在暗室将产生炫目效应
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四、常见灯具光源
——照明光源史
第一代
第一代电光源：白炽灯（卤
第二代
第三代
钨灯） 第二代电光源：荧光灯（日 光灯、节能灯） 第三代电光源：高强度气体 放电灯（HID） 第四代 第四代电光源：半导体发光 二极管（LED）
半截光型 非截光型
布置方式与灯具的安装高度、间距的关系
配光类型 布置方式 单侧布置 双侧交错布置 双侧对称布置 截 光 型
安装高度 H(m) H≥Weff H≥0.7Weff H≥0.5Weff 间距 S(m) S≤3H S≤3H S≤3H
半 截 光
安装高度 H(m) H≥1.2Weff H≥0.8Weff H≥0.6Weff
7 心理亮度、颜色
光源体 效率
灯具效率 生 理 效 率
节能光源的主要技术指标



光效 眩光 色温 照度 光强 配光曲线 平均寿命 显色指数 流明系数 色偏移 性价比 灯具效率 照明系统能效 照明功率密度 能效标识 能源消费弹性系数 “节能决定”涉及的制度规范 非物理的、无法量化的主观感觉指标