1、LED照明设计必备理论 光的基本特性光的基本特性 光的基本单位光的基本单位 照明设计基础理论照明设计基础理论光具有波粒二象性研究光和物质作用时，考虑光的粒子性(直线传波,折射/反射,衍射等)光是电磁波 把光作为电磁波看待，称为“光波”。电磁波理论认为发光体以辐射能的形式发射光，而辐射能又以电磁波形式向外传输，电磁波作用在人眼上就产生光的感觉。光电现象,光子光的基本特性光的基本特性什么是光什么是光人类视觉感知人类视觉感知人类视觉感知不到人类视觉感知不到+可见光波可见光波380nm780nm红外线、紫外线红外线、紫外线电磁波电磁波+光的基本特性光的基本特性光的传播光的传播-几何光学的基本定律几何光
2、学的基本定律1 1）光线在均匀透明介质中传播）光线在均匀透明介质中传播直线传播直线传播2 2）光线在两种均匀介质分界面上的传播）光线在两种均匀介质分界面上的传播反射反射定律和折射定律定律和折射定律 光的基本特性光的基本特性 一束光线射在两种介质一束光线射在两种介质的分界面上，的分界面上，一部分光线在分界面上一部分光线在分界面上反射到原来的介质，称反射到原来的介质，称为反射光线：为反射光线：另一部分光线透过分界另一部分光线透过分界面进入第二种介质，并面进入第二种介质，并改变原来方向，称为折改变原来方向，称为折射光线。射光线。光的基本特性光的基本特性光的基本特性光的基本特性折射折射吸收吸收入射入射
3、反射反射在照明设在照明设计中计中,我们我们根据需要根据需要,应用反射应用反射光光,折射光折射光反射光反射光/入射光入射光=反射比。反射比与反射方式由表面材料决定反射比。反射比与反射方式由表面材料决定光的基本特性光的基本特性漫反射漫反射 扩散反射扩散反射 镜面反射镜面反射反射在于灯具的应用:玻璃镜面反射1.带有光束角的PAR/MAR灯泡.带有反射玻璃的普泡2.反射镜(凹镜,用于投射灯,反射率大于铝片)铝反射罩反射1.AR111 1070/1090,反射面2.用途最广塑胶面电镀反射1.荧光灯.LED应用光的基本特性光的基本特性透射光透射光/入射光入射光=透射比。透射比与反射方式由表面材料决定透射比
4、。透射比与反射方式由表面材料决定透射透射(折射折射)镜面透射镜面透射 扩散透射扩散透射 漫透射漫透射 透明玻璃透射透明玻璃透射,透光率高透光率高,封闭式灯具封闭式灯具LEDLED透镜透射透镜透射,调整出光角度调整出光角度磨砂玻璃等磨砂玻璃等.沿入射方向的透射光强度最大，其他方向强度小。沿入射方向的透射光强度最大，其他方向强度小。虽未完全散开，但不能清楚看到后面的物体虽未完全散开，但不能清楚看到后面的物体,防止光源的眩光防止光源的眩光当光线透过乳白玻璃和压克力等半透明材料时，光线完全散开，当光线透过乳白玻璃和压克力等半透明材料时，光线完全散开，此类材料常用于屏蔽光源此类材料常用于屏蔽光源,减少眩
5、光减少眩光 透射的应用透射的应用把可见光的能量,与人眼对它的接收特性结合起来,研究的计量学科几个基本的物理量 1.光通量2.发光强度3.照度4.亮度光度学光度学1.1.发光效率发光效率2.2.光源的光通量光源的光通量与该光源所与该光源所消耗的电功率消耗的电功率P P之比，单位之比，单位为为lmW-1lmW-1。3.3.光效是评价电光效是评价电光源产品性能光源产品性能主要的指标主要的指标 光通量光通量光通量光通量:光源在单位时间内辐射出的光量光源在单位时间内辐射出的光量光源在单位立体角中发出的光通量光源在单位立体角中发出的光通量单位为坎德拉单位为坎德拉(cd)(cd)。立体角立体角:球面外表面积
6、球面外表面积/半径半径2 2光强光强单位面积上接收到的光通量。单位面积上接收到的光通量。照度的符号为照度的符号为E Ev v，单位为勒克斯（，单位为勒克斯（lxlx）照度照度亮度亮度:在该方向上的单位投影面内的光通量在该方向上的单位投影面内的光通量:坎德拉/平方米(cd/m2）亮度亮度光通量:1200lm光强:382cd照度平面1:1200/2=600lux平面2:1200/8=150lux亮度平面1:1200/3.14/2=191cd/m2平面2:1200/3.14/8=48cd/m2相互关系相互关系白天情朗中午白天情朗中午:100,000月光月光:0.1办公室办公室:300-700 人们的
7、生活、一刻也离不开光人们的生活、一刻也离不开光,人们通过视觉获得外界人们通过视觉获得外界80%80%以上的信息。因以上的信息。因此此,光是人们对室内空间、色彩、质感等室内环境综合感受必不可少的前提。光是人们对室内空间、色彩、质感等室内环境综合感受必不可少的前提。光照和光影效果还是构成室内环境光照和光影效果还是构成室内环境,气氛的主要元素气氛的主要元素.光与视觉光与视觉人眼的视觉会根据环境亮度的不同而发生变化人眼的视觉会根据环境亮度的不同而发生变化:视觉适应是指眼睛由一种光环境到另一种光环境的适视觉适应是指眼睛由一种光环境到另一种光环境的适应过程，眼睛会有一个调整过程。这个过程时间称为应过程，眼
8、睛会有一个调整过程。这个过程时间称为适应时间适应时间视觉适应可分为距离适应、明暗适应及色适应视觉适应可分为距离适应、明暗适应及色适应明视觉指亮度超过明视觉指亮度超过3cdm3cdm-2-2，对蓝绿，对蓝绿(555nm(555nm处处)最敏感最敏感暗视觉指环境亮度低于暗视觉指环境亮度低于3cdm3cdm-2-2,此时对于黄绿此时对于黄绿(507nm(507nm处处)最敏感最敏感中间视觉介于明视觉和暗视觉亮度之间中间视觉介于明视觉和暗视觉亮度之间明视觉、暗视觉、中间视觉明视觉、暗视觉、中间视觉 明明,暗适应暗适应:暗适应暗适应:眼睛从亮环境到暗环境的适应眼睛从亮环境到暗环境的适应最初最初15min
9、15min变化很快，以后缓慢，完全适应变化很快，以后缓慢，完全适应:0.5-1h:0.5-1h 明适应明适应:眼睛从暗环境到亮环境的适应眼睛从暗环境到亮环境的适应明适应的时间短，仅明适应的时间短，仅0.0010.001秒至数秒，秒至数秒，2 2分钟后完全适应分钟后完全适应 当亮度为当亮度为0.1cd0.1cdm m2 2时，视力约时，视力约为为0.60.6 当亮度增至当亮度增至l000 l000 cdcdm m2 2时，视力时，视力达到达到2.32.3左右左右 此后亮度再增此后亮度再增加视力也不会再加视力也不会再明显增大了明显增大了 视觉与亮度视觉与亮度在直视明亮的光源或单一在直视明亮的光源或
10、单一色色以后，闭上眼睛，我们就以后，闭上眼睛，我们就会在一个相当长的时间里，会在一个相当长的时间里，明显地看到这些强光体的明显地看到这些强光体的形状形状,称为视后像称为视后像 这种把视觉印象保留叫做这种把视觉印象保留叫做视觉暂留视觉暂留,其时间其时间:约约0.1s0.1s。因此，当一个闪烁的光源，因此，当一个闪烁的光源，在每秒钟闪烁超过在每秒钟闪烁超过1010次时，次时，看起来就会觉得它不是看起来就会觉得它不是在闪烁在闪烁,而是在发着均匀而是在发着均匀的光的光视后像视后像视力与目标物的对比度有关，视力与目标物的对比度有关，对比包括对比包括:颜色对比和亮度对比颜色对比和亮度对比 亮度对比亮度对比
11、C C：背景亮度背景亮度L Lb b和被识别对象的亮和被识别对象的亮度度L L0 0 之间的相对对比之间的相对对比 Lb-L0 Lb视觉对比视觉对比当物体的大小和照度当物体的大小和照度一定时，对比度越大一定时，对比度越大越看得清楚。越看得清楚。但对比度太大但对比度太大,则容则容易产生眩光易产生眩光C=1.1.视野视野:观察正前方，头和眼观察正前方，头和眼睛都保持不动，观察者能睛都保持不动，观察者能察觉到的空间范围察觉到的空间范围 2.2.视场视场:头部不动，而眼睛可头部不动，而眼睛可以转动时，观察者能察觉以转动时，观察者能察觉到的空间范围到的空间范围3.3.人眼的视野上下共人眼的视野上下共13
12、0130，左右共左右共180180，4.4.但有效的视觉范围为中央但有效的视觉范围为中央3030，在此视角内，可获得，在此视角内，可获得较清楚的影像与色彩信息。较清楚的影像与色彩信息。在此以外，观察者只有一在此以外，观察者只有一般的方向感和状态感般的方向感和状态感视野和视场视野和视场能分辨细节和色彩的视细胞集中在视网膜中央凹区域，这是一个仅能分辨细节和色彩的视细胞集中在视网膜中央凹区域，这是一个仅占视野中央约占视野中央约2 2的极小区域，的极小区域，因此因此,要看清视野中某一区域时，眼睛必须做上下左右的移动，以要看清视野中某一区域时，眼睛必须做上下左右的移动，以使这一区域对焦在中央凹处使这一区
13、域对焦在中央凹处视野和视场视野和视场颜色特性颜色特性:颜色分彩色和非彩色两大类颜色分彩色和非彩色两大类彩色的三个特性：彩色的三个特性：色调色调彩度彩度明度明度非彩色指非彩色指黑黑白白灰色灰色色调（又称色相）色调（又称色相）不同波长的单色光具有不同的色度不同波长的单色光具有不同的色度 不同的光源发出的光不同的光源发出的光:连续波长与多个单独波长连续波长与多个单独波长 物体的色调取决于物体的色调取决于 物体对光源的光谱辐射有选择地反射或透物体对光源的光谱辐射有选择地反射或透射射 对人眼所产生的感觉对人眼所产生的感觉色调色调很多物体表面并非单一色彩很多物体表面并非单一色彩而是由多波长成分产生的物体表
14、面颜色而是由多波长成分产生的物体表面颜色并具有自身色的光谱分布并具有自身色的光谱分布明度是指人眼对物体的明暗感觉。明度是指人眼对物体的明暗感觉。在同样的照明条件下，发光物体的视亮度越高，在同样的照明条件下，发光物体的视亮度越高，或非发光物体的反射比越高，明度越高或非发光物体的反射比越高，明度越高明度明度色表色表人眼直接观察光源时看到的颜色。人眼直接观察光源时看到的颜色。色坐标、色温就是描述色表的量。色坐标、色温就是描述色表的量。由于光谱分布不同，各种光源的色表就不同，由于光谱分布不同，各种光源的色表就不同，视觉效果也不同。视觉效果也不同。常见的白炽灯，其色温较低，看上去呈黄色常见的白炽灯，其色
15、温较低，看上去呈黄色;而常用荧光灯色温较高，发蓝而常用荧光灯色温较高，发蓝。光的颜色特征光的颜色特征 色温色温当光源所发出光的颜色与黑体在某一温度下辐射的当光源所发出光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温（颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温（CTCT），单位是），单位是(K(K）相关色温相关色温某些光源发射的光的颜色和各种温度下的黑体辐射的颜色都某些光源发射的光的颜色和各种温度下的黑体辐射的颜色都不是完全相同，这时就不能用一般的色温来描述光源。通常选用不是完全相同，这时就不能用一般的色温来描述光源。通常选用与其光颜色最为接近的黑体的温度与其光颜色最为接近
16、的黑体的温度,称为该光源的相关色温称为该光源的相关色温（CCTCCT）气体放电灯灯的色温气体放电灯灯的色温是相关色温是相关色温色温与相关色温色温与相关色温2700K 2700K 烛光色烛光色 3000K 3000K 暖白色暖白色3500K 3500K 白色白色 4000K 4000K 冷白色冷白色5000K 5000K 日光色日光色 6500K 6500K 冷日光色冷日光色色温与人的感觉色温与人的感觉在被测光源和标准光源照明下在被测光源和标准光源照明下,两者颜色的符合程度。两者颜色的符合程度。物体受照射后的颜色效果接近标准光源照射效果物体受照射后的颜色效果接近标准光源照射效果,则光源的显色性好
17、则光源的显色性好物体受照射后的颜色效果失真物体受照射后的颜色效果失真,则光源的显色性差则光源的显色性差Ra=100 Ra=100 80:80:优良优良 Ra=80 Ra=80 50:50:一般一般 Ra=50 Ra=50以下以下:较差较差显色性显色性色温与相关色温色温与相关色温颜色颜色 暖白色暖白色 柔白色柔白色(中性中性)日光色日光色(冷冷)色温色温(K)3300 K 3300(K)5000K(5500)5000K 5000K(5500)色表色表 偏红偏红 偏黄偏黄 偏蓝偏蓝感觉感觉 温暖温暖 中间中间 清冷清冷视野中由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在极端的视野中由于不适宜亮度分布，或
18、在空间或时间上存在极端的亮度对比，引起视觉不舒适亮度对比，引起视觉不舒适,降低物体可见度的视觉条件。降低物体可见度的视觉条件。眩光是引起眩光是引起视觉疲劳视觉疲劳的重要原因之一的重要原因之一眩光眩光眩光眩光避免将灯具直接安装在干扰避免将灯具直接安装在干扰区内区内(灯具布置在工作位置的灯具布置在工作位置的正前上方正前上方4040度角以外的区域度角以外的区域内内)从材料方面考虑从材料方面考虑,采用低光泽采用低光泽度的材料度的材料,避免光幕反射避免光幕反射限制灯具本身的亮度限制灯具本身的亮度,如采用如采用格片格片,漫反射罩等漫反射罩等,限制灯具限制灯具表面亮度不宜过高表面亮度不宜过高照亮顶棚和墙的表面照亮顶棚和墙的表面,以降低以降低亮度对比亮度对比,减弱眩光减弱眩光,但不要但不要形成光斑形成光斑灯的亮度灯的亮度:120Kcd/m2,遮光角遮光角:1002050Kcd/m2,遮光角遮光角:15050500Kcd/m2,遮光角遮光角:200500Kcd/m2,遮光角遮光角:300谢谢谢谢!
