灯具光学基础

灯具光学基础
北京朗波尔光电股份有限公司
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一、前言
纲要
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
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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）
主观亮度
发光强度I（cd） 物体亮度L（nt） 光通量Φ（lm）
照度E（lx）
关键词：辐射学、光度学、色度学；亮度、照度、颜色……
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照明的三大要素
照明源
被照物
人眼
电源 光源 灯具 控制器 能源管理
吸收
反射 透射 光泽度 光洁度 光谱特性 生物效应
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生理效应 视见函数
大脑 心理效应
照明的效率
物 理 效 率 照 明 系 统 整 体 效 率
电源
光源体
光源亮度、色温、显色性
照 明
光通量
效 率
灯具
灯具效率
效率
配光曲线
生
理
照明设计
效
率
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
心理亮度7、颜色
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
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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
安全标准、 性能标准、 能效标准
人的生理 和
心理健康
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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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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。
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电磁波频谱图
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2、光参数：
光度学
➢ 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
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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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国际照明委员(CIE) 1931色度图
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0.90 52 0
0.8
y 51 0.7 0
0.6
50 0.5 0
0.4
0.3 49 0
0.2
53 0
54 0
55 0
56 0
57 0
58 3000K 0 5000K
7000K
10 000K
D65
20
000K
A 2000K
60 0 波长(nm)
77 0
0.1
48 0
0 0
38
0.1 00.2 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。
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
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
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显色指数：81.9
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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。