与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。因此,实际光强应是测光资料提供的光强值乘以光源实际光通量与1000之比。

照明灯具的光强分布是利用灯具的反光罩、透光棱镜、格栅或散光罩控制灯光实现的。反射罩是灯具的基本控光部件,它的反射比越高,规则反射越强,控光能力越显著。阳极氧化或抛光氧化铝、不锈钢板是常用的镜面发射材料。按照规则反射定律对铝反射罩的几何形状、尺寸进行周密设计,安装时注意光源精确定位,便能获得各种需要的光分布。格栅主要起遮蔽光源,减少直接眩光的作用。透过格栅的光分布一般比较狭窄。

六. 照度与空间发光强度分布

照明灯具的布置和照度计算是照明设计的重要组成部份,直接影响照明设计质量。点光源照度计算：

E	=	F	=	IQ·CoSQ		=	IQ·CoS		2	Q	2
		ΔS		D	2		h	2

式中：E  ：照度

      ΔS：受光面积

      F  ：光通量

      IQ  :发光强度

公式表明：点光源所产生照度和它到受照面的距离的平方成反比,和入射角的余弦成正比,和反光强度成正比。当光源尺寸小于它到受照面距离的1/10时即视为点光源。

七. 灯具概算图

灯具概算图表达了单位面积使用灯具数量的关系。通常灯具概算图给出同一灯具几种不同的悬挂高度,当工作面照度要求为100Ix时,某种平面面积所需灯具的数量,作为选择灯具的依据。假如要求正确工作面的照度不是100Ix时,则实际所需灯具数量为概算图上给出数量乘以实际照度与100Ix之比。

八. 名词解释：

1.    光通量：单位时间光源向空间发出的、使人产生光感觉的能量。设光源在t秒内总共辐射出的光能是W,我们就把辐射出来的光能W与辐射所经过的时间t之比称为光通量。光通量是衡量光源发光多少的一个指标。以F表示,单位为光瓦。光瓦单位太大,常用流明（lm）作为实用单位,它们的关系是1光瓦=683流明（lm）。1lm=1cd·sr

例：普通40W荧光灯的光通量为2200流明（100小时）

    国产白炽灯每消耗1W电能所产生的光通量约为12.5lm（4tlm）

2.    发光强度：是光通量的空间密度,即单位立体角的光通量,也就是衡量光源发光强弱程度的量。单位为坎德拉（cd）。

一支蜡烛的发光强度约为1cd。

国产100W普通白炽灯的发光强度约为100cd。

3.    光照度（简称照度）：是受光表面上光通量的面密度,即单位面积的光通量。故照度是表示受光表面被照亮程度的一个量。以E表示,单位为勒克斯（Lx）。

例：自然光的照度大约如下：
100000Lx                            晴天的阳光直射下
10000Lx                             晴天时背阴处
20 Lx                               晴天时室内角落
0.2 Lx                              月夜
100～200 Lx                         一般办公室要求的照度

  一般学习的照度应不少于75Lx

  在40W普通灯泡正下方1m处的照度约为30Lx

  40W荧光灯正下方1.3m处的照度约为90Lx

4.    光亮度（简称亮度）：单元表面在某一方向上的光强密度,它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的投影面积之比。即被视物体在视线方向单位投影面上的发光强度称为该物体表面的亮度。亮度往往是表示某个方向上的亮度。以B表示,单位：坎德拉每平方米,符号：cd/㎡。或尼特（nt）、熙提（sb）。1nt尼特=1cd/㎡,1sb熙提=10000nt尼特。用公式表示如下：

B	=	IQ
		ΔS·CoSQ

40W荧光灯的表面照度为7000cd/㎡

白炽灯的灯丝亮度约为400×10			4
太阳亮度约为20×10	8	cd/㎡

一般阴天天空亮度平均值为2000cd/㎡

5.    光效：光源的发光效率,就是光源所发生的光通量和它所消耗的电功率之比,简称光效。单位：流明/瓦,符号：lm/W

一般白炽灯泡的光效约为7～20lm/W

直管形荧光灯的光效约为30～60lm/W,所以使用荧光灯比使用白炽灯更能节约能源。

九. 光色与失真

光色是衡量光源质量的一个重要指标。含：

1.    色表：人眼直接观察发生的光线所看到的颜色。

2.    显色性：光线照射到物体表面上所产生的客观效果。

3.    显色指数：灯光下所显示的颜色与阳光下的颜色相比较之数值。

4.    色温：是表示炽热发光物体具有的颜色。

十. 科学合理的照明

1.    亮度对比

当周围亮度与中心亮度相等时,或周围稍暗时,视力最好。

2.    眩光

在视环境内,若有亮度极高的物体或强烈的亮度。

分直射眩光和反射眩光。

直射眩光是由光源发出的光线直接射到人眼所造成的。眩光引起视觉不舒适的原因有：

① .高度的刺激使瞳孔缩小;

② .由于角膜或晶体等眼内组织产生光散射,在眼内形成光幕;

③ .视幕受高亮度的刺激,使适应状态破坏。

    直射眩光的强弱与光源有关,以下情况眩光最显著：

① .光源周围暗,眼睛适应越暗,眩光越显著。

② .光源亮度越高,眩光越显著。

③ .光源越接近视线,眩光越显著。

④ .光源的表面积越大,光源数目越多,眩光越显著。

    一般亮度超过160000cd/㎡就有不舒适的眩光产生。避免方法：

控制光源的光线投射方向,使光源不能直接射向人眼,这就要求灯具（或灯罩）具有一定的保护角。

有的灯具用透明格栅式或半透明罩来遮住光源,由于发光面积增大而使每个发光的亮度降低,光线就变得柔和而不刺眼。