1、第十章第十章 电气照明工程中所涉及的光学理论基础知识电气照明工程中所涉及的光学理论基础知识 雨过天晴有时会出现美丽的彩虹,你是知道它是怎样形成的吗?什么是光源？什么是光源？正在自行发光正在自行发光的物体叫做光源的物体叫做光源。常见的光源有：常见的光源有：太阳、萤火虫、太阳、萤火虫、篝火和火把、油灯、燃烧的蜡烛、篝火和火把、油灯、燃烧的蜡烛、电灯、激光电灯、激光等等因为因为月亮、钻石、眼睛、镜子、哈月亮、钻石、眼睛、镜子、哈雷慧星雷慧星等都不是自己在发光，所以等都不是自己在发光，所以它们都不是光源。它们都不是光源。我们看到物体的原因是我们看到物体的原因是眼睛接收到了物体发眼睛接收到了物体发出或者
2、反射出来的光。出或者反射出来的光。上述的例子全部与光的传播有关。上述的例子全部与光的传播有关。想一想：光能在什么物质中传播？想一想：光能在什么物质中传播？光的传播光的传播想一想：想一想：光的传播能够不需要物质吗？光的传播能够不需要物质吗？光在光在同种均匀介质同种均匀介质中沿中沿直线直线传播。传播。1、步枪瞄准步枪瞄准用步枪瞄准射击时，当眼睛看到用步枪瞄准射击时，当眼睛看到瞄准点、准星尖和缺口三者重合瞄准点、准星尖和缺口三者重合时，就认为三者处于同一直线上，时，就认为三者处于同一直线上，这是为什么？这是为什么？光在同一种均匀物质光在同一种均匀物质中沿直线传播的。中沿直线传播的。打雷时，雷声和闪电
3、是同时打雷时，雷声和闪电是同时发生的，但是我们总是发生的，但是我们总是先先看看到闪电到闪电后后听到雷声，这说明听到雷声，这说明什么？什么？光的传播速度比声音的传播速度光的传播速度比声音的传播速度快快得多得多3*108m/s一、光学基本知识一、光学基本知识 光学基本知识光学基本知识 1、光学的发展、光学的发展 牛顿光微粒说：光是由极小的高速运动微粒组成的；不同色光有不同的微粒。惠更斯波动理论：他认为光的微粒理论是波的基本性质。麦克斯韦电磁理论：揭示了光波其实是电磁波的一种。爱因斯坦光量子说：认为光是一束束以光速运动的粒子流，每一个光粒子都携带着一份能量。1.光学的发展光学的发展 牛顿光微粒说：光
4、是由极小的高速运动微粒组成的；不同色光有不同的微粒。惠更斯波动理论：他认为光的微粒理论是波的基本性质。麦克斯韦电磁理论：揭示了光波其实是电磁波的一种。爱因斯坦光量子说：认为光是一束束以光速运动的粒子流，每一个光粒子都携带着一份能量。一、光的本质一、光的本质2、光学发展简史、光学发展简史萌芽时期：萌芽时期：远古至十六世纪初远古至十六世纪初几何光学时期：十六世纪中叶至十八世纪初几何光学时期：十六世纪中叶至十八世纪初波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初现代光学时期：二十世纪六十年代至今现代光学
5、时期：二十世纪六十年代至今181720192116世纪轴世纪轴远古萌芽萌芽几何光学几何光学现代光学现代光学过渡时期：过渡时期：直线传播占主导，波直线传播占主导，波动理论逐惭形成动理论逐惭形成量子光学量子光学波动光学波动光学 A A、墨翟：、墨翟：在他和其弟子所著的在他和其弟子所著的 墨经墨经中，对光现象有八中，对光现象有八条定性记载条定性记载对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究，制造了简单的光学仪器对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究，制造了简单的光学仪器（如平面镜、凸面镜、凹面镜（如平面镜、凸面镜、凹面镜)。正确反映了光的正确反映了光的直线传播直线传播规律规律错误：人眼能发出错误：人
6、眼能发出光线光线B B、欧几里德：、欧几里德：在其著作在其著作 光学光学一书中提出一书中提出 触须触须学说：学说：、萌芽时期墨翟（公元前468376年）欧几里德（古希腊，公元前330275年）、几何光学时期 几何光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器，建立了直几何光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器，建立了直线传播定律、反射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光强、颜色等概念，线传播定律、反射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光强、颜色等概念，并观察了棱镜光谱等较复杂的光现象，建立、巩固和发展了牛顿微粒学说。同时，并观察了棱镜光谱等较复杂的光现象，建立、
7、巩固和发展了牛顿微粒学说。同时，波动理论开始盟芽。波动理论开始盟芽。A、费马（法，、费马（法，16011665）：提出了几何光学）：提出了几何光学的基本原理的基本原理费马原理，由它可导出直线传播定费马原理，由它可导出直线传播定 律、反射定律、折射定律和面镜、透镜成象规律。律、反射定律、折射定律和面镜、透镜成象规律。B、牛顿（英，、牛顿（英，16431727）：建立了光是微粒流的微）：建立了光是微粒流的微粒学说，进行了白光通过棱镜的实粒学说，进行了白光通过棱镜的实 验，提出了光谱、光验，提出了光谱、光强、颜色等概念，观察并研究了牛顿环。强、颜色等概念，观察并研究了牛顿环。C、李普塞：、李普塞：1
8、608，发明并制造了世界上第一台，发明并制造了世界上第一台。D、冯特纳：发明并制造了世界上第一台、冯特纳：发明并制造了世界上第一台。粒子：Paticle波：wave正业是律师、宫庭顾问，主要贡献领域有：解析几何、微积正业是律师、宫庭顾问，主要贡献领域有：解析几何、微积分、机率论、光学以及数论。尊称他为业余数学家之王分、机率论、光学以及数论。尊称他为业余数学家之王、波动光学时期建立了光的波动理论，建立了光的波动理论，园满解释了光的干涉、衍射和偏振现象；通过迈克尔逊干园满解释了光的干涉、衍射和偏振现象；通过迈克尔逊干涉仪否定了涉仪否定了“以太以太”的存在；提出并证实了光的本质就是电磁波的存在；提出
9、并证实了光的本质就是电磁波C、菲涅耳（法，17881827）：利用杨氏干涉原理补充惠更斯原理而提出了惠更斯-菲涅耳原理，园满解释了光的直线传播定律和衍射现象。建立了菲涅耳公式。在牛顿物理学中打开了第一个缺口，为此，他被人们称为在牛顿物理学中打开了第一个缺口，为此，他被人们称为“物理光学的缔造者物理光学的缔造者”。D、马吕斯（法，17751812）：发现了光的偏振现象，建立了马吕斯定律，研究 了偏振光的干涉。B、杨氏（英，17731829）：最先利用干涉原理解释了白光下的薄膜颜色，设计并完 成了著名的杨氏双缝干涉实验，并第一次成功地测定了光的波长。提出了 光是横波的假设。主要贡献：杨氏双缝实验，
10、杨氏模量，视觉和颜色，医学，语言学，埃及象形字主要贡献：杨氏双缝实验，杨氏模量，视觉和颜色，医学，语言学，埃及象形字A、惠更斯（荷兰，16291695）：光的波动理论的创始人，提出了“光是以太中传播的波 动”理论和 次波假设（惠更斯原理）。并园满解释了反射、折射定律和双折射现象。E、麦克斯韦（英，18311879），赫兹(德，18571894)黑体辐射问题：黑体辐射问题：普朗克普朗克(德德,1858,18581947)1947)解释光电效应：解释光电效应：爱因斯坦爱因斯坦(美美,1879,18791955)1955)德布罗意（法，德布罗意（法，18921989）提出物质波假）提出物质波假说，戴
11、维孙与革末的电子衍射实验证实电子具说，戴维孙与革末的电子衍射实验证实电子具有波动性有波动性实物粒子与光一样实物粒子与光一样具有波具有波（WaveWave）、粒）、粒（Particle）二象性二象性X X射线散射实验：射线散射实验：康普顿康普顿(美美,18921962)发现经典电磁理论在研究光与物质的相互作用时的缺点，发现经典电磁理论在研究光与物质的相互作用时的缺点，建立了光的量子理论，建立了光的量子理论，园园满解释了黑体辐射、光电效应和满解释了黑体辐射、光电效应和康普顿效应康普顿效应现象；提出了光的波粒二象性。现象；提出了光的波粒二象性。、量子光学时期、现代光学时期自自19601960年梅曼（
12、美，年梅曼（美，1927192720072007）制成第一台红宝石激光器，光学进入了新的）制成第一台红宝石激光器，光学进入了新的发展阶段，激光物理、激光技术、全息摄影术、光纤的应用、光脑的设想、红发展阶段，激光物理、激光技术、全息摄影术、光纤的应用、光脑的设想、红外波段的应用，非线性光学等，派生了许多崭新的分支学科。外波段的应用，非线性光学等，派生了许多崭新的分支学科。一、光的本质2.光的本质光的本质 光的电磁波理论认为光是能在空间传播的光的电磁波理论认为光是能在空间传播的一种电磁波。一种电磁波。电磁波中的电场能和磁场能量的总合，叫电磁波中的电场能和磁场能量的总合，叫做电磁波能量，也称为辐射能
13、。辐射能按波长做电磁波能量，也称为辐射能。辐射能按波长或频率的一定顺序排列成的图形，称为电磁波或频率的一定顺序排列成的图形，称为电磁波的波普。的波普。电磁波在空中传播速度为光速，电磁波在空中传播速度为光速，3*108m/s.一、光的本质二、可见光及光和颜色二、可见光及光和颜色 由于人的视觉功能有一定的局限范围，所以将人由于人的视觉功能有一定的局限范围，所以将人能感知的辐射能，称为可见光。能感知的辐射能，称为可见光。380nm 780nm 紫紫 蓝蓝 青青 绿绿 黄黄 橙橙 红红每一个波长每一个波长一一一一对应着一种颜色，而对应着一种颜色，而某一种颜色是一个波长范围。某一种颜色是一个波长范围。一
14、、光的本质光色波长(nm)代表波长红780630700橙630600620黄600570580绿570500550青500470500蓝470420470紫420380420 光谱光谱白光是由多种色光混合而成的。把不能再分解的光叫做单色光由单色光混合而成的光叫复色光。一、光的本质三、光的基本度量单位三、光的基本度量单位1、光通量、光通量 光源在单位时间内向周围空间辐射并能使人眼产光源在单位时间内向周围空间辐射并能使人眼产生光感觉的能量，称为光通量，用符号生光感觉的能量，称为光通量，用符号表示，单位表示，单位为为lm(lm(流明）。光通量是表明光源发光能力的一个基流明）。光通量是表明光源发光能力
15、的一个基本参数。本参数。发光效率发光效率：电光源消耗：电光源消耗1瓦电功率所产生的光瓦电功率所产生的光通量（通量（lm）数值。）数值。白白 炽炽 灯：灯：1020（lm/w）荧荧 光光 灯：灯：7080（lm/w）高压汞灯：高压汞灯：4050（lm/w）高压钠灯：高压钠灯：90100（lm/w）一、光的本质2.发光强度发光强度 光源在某一特定方向上单位立体角辐射的光源在某一特定方向上单位立体角辐射的光通量，称为光源在该方向上的发光强度。用光通量，称为光源在该方向上的发光强度。用符号符号“I”表示，单位为表示，单位为cd即坎德拉即坎德拉。1cd=1lm/sr 发光强度是表征光源（物体）发光能力大
16、小的发光强度是表征光源（物体）发光能力大小的物理量。物理量。Sr一、光的本质 3、照度 单位面积上接受到的光量。用符号单位面积上接受到的光量。用符号“E”表示，单位为表示，单位为勒克斯（勒克斯（lx）。1lx=1lm/m2 照度表征被照面照度表征被照面被照射的程度。被照射的程度。一、光的本质 4、亮度、亮度 被视物体在视线方向单位投影面上的发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，用符号光强度，称为该物体表面的亮度，用符号“L”表示，单位为表示，单位为尼特尼特.1nt=1cd/m2 亮度是亮度是表征物体明暗程度表征物体明暗程度的物理量。的物理量。一、光的本质 光通量是对
17、光源发光能力的定量描述。光通量是对光源发光能力的定量描述。光强是对光源的光通量密度的定量描述。光强是对光源的光通量密度的定量描述。照度是物体表面上接收光通量多少的定量描述。照度是物体表面上接收光通量多少的定量描述。亮度是对发光物体表面产生的光强对人的视觉亮度是对发光物体表面产生的光强对人的视觉器官辐射能量强弱的描述。器官辐射能量强弱的描述。图一：图一：当外界物体反射或发射的光线带着当外界物体反射或发射的光线带着物体表面的信息进入眼球内部，聚焦在视物体表面的信息进入眼球内部，聚焦在视网膜上形成物像。网膜上形成物像。图二：图二：物像刺激视网膜上的感光细胞，产物像刺激视网膜上的感光细胞，产生神经冲动
18、，沿着视神经传入到大脑皮层生神经冲动，沿着视神经传入到大脑皮层的视觉中枢，把神经冲动转换成大脑中认的视觉中枢，把神经冲动转换成大脑中认识的景象。识的景象。图三：图三：这些生成的景象由这些生成的景象由“角度感角度感”、“形象感形象感”、“立体感立体感”等协同工作，在等协同工作，在大脑虚拟空间中还原，还原过程等效于把大脑虚拟空间中还原，还原过程等效于把图像往外又投了出去。图像往外又投了出去。图四：图四：虚拟位置能大致与原实物位置对准，虚拟位置能大致与原实物位置对准，这才是我们所见到的景物。这才是我们所见到的景物。四、光与人的视觉之间的关系四、光与人的视觉之间的关系眼球包括眼球壁、眼内腔和内眼球包括
19、眼球壁、眼内腔和内容物、神经和视路、眼附属器容物、神经和视路、眼附属器等组织。等组织。瞳孔与视场亮度的关系：瞳孔与视场亮度的关系：1.1.光线弱时瞳孔自动放大光线弱时瞳孔自动放大。2.2.光线弱时瞳孔自动缩小光线弱时瞳孔自动缩小。虹膜起光阑的作用虹膜起光阑的作用1、黄斑黄斑有大量的锥体细胞，是视网有大量的锥体细胞，是视网膜上视觉最敏锐的部位。膜上视觉最敏锐的部位。2、视盘视盘是视神经穿过的地方，这个是视神经穿过的地方，这个区域没有光感细胞，称为盲点。区域没有光感细胞，称为盲点。视网膜视网膜（Retina）居于眼球壁的内层，）居于眼球壁的内层，是一层透明的薄膜。视网膜由色素是一层透明的薄膜。视网
20、膜由色素上皮层和视网膜感觉层组成。色素上皮层和视网膜感觉层组成。色素上皮层与脉络膜紧密相连，由色素上皮层与脉络膜紧密相连，由色素上皮细胞组成，它们具有支持和营上皮细胞组成，它们具有支持和营养光感受器细胞、遮光、散热以及养光感受器细胞、遮光、散热以及再生和修复等作用。再生和修复等作用。这张照片显示的是血管这张照片显示的是血管从黑色视盘中伸出从黑色视盘中伸出物体的影像通过屈光系统，落在视物体的影像通过屈光系统，落在视网膜上。视信息在视网膜上形成视网膜上。视信息在视网膜上形成视觉神经冲动，沿视路将视信息传递觉神经冲动，沿视路将视信息传递到视中枢形成视觉，在我们的头脑到视中枢形成视觉，在我们的头脑中建
21、立起图像。中建立起图像。从光学观点来看，视网膜是眼光学系统的成像屏幕，从光学观点来看，视网膜是眼光学系统的成像屏幕，它是一凹形的球面，凹形弯曲有两个优点：它是一凹形的球面，凹形弯曲有两个优点：1、眼光学系统形成的像有凹形弯曲，弯曲的视网膜、眼光学系统形成的像有凹形弯曲，弯曲的视网膜作为像屏具有适应效果；作为像屏具有适应效果；2、弯曲的视网膜具有更广宽的视野。、弯曲的视网膜具有更广宽的视野。视网膜上的像是倒立的，但在视网膜上的像是倒立的，但在日常的生活中，我们并不感觉日常的生活中，我们并不感觉到到“倒像倒像”，其原因是什么？，其原因是什么？我们在用视觉的时候，同时用触觉来感知客观的事物，我们在用
22、视觉的时候，同时用触觉来感知客观的事物，因而纠正了视网膜光学像的因而纠正了视网膜光学像的“倒立倒立”而感知为而感知为“正立正立”像。同时，人类从出生的第一天开始便与客观环境紧像。同时，人类从出生的第一天开始便与客观环境紧密地接触，从感性认识到理性认识的过程中，不知不密地接触，从感性认识到理性认识的过程中，不知不觉地纠正了这种觉地纠正了这种“倒像倒像”。感觉层由三层神经元组成感觉层由三层神经元组成：第一层是视细胞第一层是视细胞，专门负责感光。，专门负责感光。它包括锥体细胞和杆体细胞。视它包括锥体细胞和杆体细胞。视网膜上共约有网膜上共约有1.11.3 亿个杆体亿个杆体细胞，有细胞，有600700万
23、个锥体细胞。万个锥体细胞。杆体细胞主要在离中心凹较远的杆体细胞主要在离中心凹较远的位置上，而锥体细胞则在中央凹位置上，而锥体细胞则在中央凹处最多。处最多。第二层是双极细胞第二层是双极细胞，约有十到数，约有十到数百个视细胞通过双节细胞与一个百个视细胞通过双节细胞与一个神经节细胞相联系，专门负责联神经节细胞相联系，专门负责联络作用。络作用。第三层是节细胞第三层是节细胞，专门负责传导，专门负责传导作用。作用。视网膜由视网膜由色素上皮色素上皮层层和和视网膜感觉视网膜感觉层层组成。组成。杆体细胞杆体细胞与与锥体细胞锥体细胞两者在形态上的区别两者在形态上的区别主要是它们的外节不主要是它们的外节不同，杆体细
24、胞呈圆柱同，杆体细胞呈圆柱状，锥体细胞呈圆锥状，锥体细胞呈圆锥状。状。杆体细胞杆体细胞锥体细胞锥体细胞锥体细胞锥体细胞根据光敏度的不同分为三种，根据光敏度的不同分为三种，视红锥视红锥体细胞体细胞、视绿锥体细胞视绿锥体细胞、视蓝锥体细胞视蓝锥体细胞，其外，其外节含有三种不同的节含有三种不同的视紫蓝素视紫蓝素，分别负责接收红、，分别负责接收红、绿、蓝的光线。因为视紫蓝素只能被强光漂白绿、蓝的光线。因为视紫蓝素只能被强光漂白,所以视锥细胞负责日间视觉和感觉颜色。所以视锥细胞负责日间视觉和感觉颜色。杆体细胞杆体细胞外节含有外节含有视紫红素视紫红素，在弱光时，在弱光时,视紫视紫红素会被漂白红素会被漂白,
25、负素晚间视觉。受光刺激负素晚间视觉。受光刺激,视紫视紫红素被漂白，从而刺激感觉神经元发出神经脉红素被漂白，从而刺激感觉神经元发出神经脉冲到脑冲到脑,作出光的感应。作出光的感应。1.夜盲和日盲的原因是什么？2.为什么人眼的亮适应比暗适应快？夜盲：杆体细胞少，例如鸡、猪日盲：锥体细胞少，例如猫头鹰视紫蓝素比视紫红素恢复得快一、光的本质五、光与人的视觉之间的关系五、光与人的视觉之间的关系 衡量光环境的唯一指标：视觉条件和视觉衡量光环境的唯一指标：视觉条件和视觉条件所影响的心理感知。条件所影响的心理感知。1.视野视野 是指人头部不动时人眼可以看见的空间范是指人头部不动时人眼可以看见的空间范围。正常人水
26、平范围围。正常人水平范围180度左右，垂直范围度左右，垂直范围130度左右。度左右。2.视觉阈限视觉阈限 一般情况下，能产生视觉反映的光辐射一般情况下，能产生视觉反映的光辐射能量的值。能量的值。3.明视觉、暗视觉和中介视觉明视觉、暗视觉和中介视觉 3cd/m2 ;0.03cd/m2 ;明适应和暗适应明适应和暗适应明适应明适应 指视网膜对明亮处的调节能力。当眼睛指视网膜对明亮处的调节能力。当眼睛由暗处到强光处时，有短时间的明显视觉障碍，由暗处到强光处时，有短时间的明显视觉障碍，不久即对亮度适应可在亮处视物的过程称明适不久即对亮度适应可在亮处视物的过程称明适应。明适应的产生与在应。明适应的产生与在
27、3秒钟内完成神经过程和秒钟内完成神经过程和1分钟左右完成视紫红素分解的过程有关。由于分钟左右完成视紫红素分解的过程有关。由于视紫红素大量分解释放较强的能量，刺激神经视紫红素大量分解释放较强的能量，刺激神经产生目眩，在强光持续作用下，视紫红素大部产生目眩，在强光持续作用下，视紫红素大部被吸收，只剩锥体细胞感受强光和分辨颜色的被吸收，只剩锥体细胞感受强光和分辨颜色的物质，而达到明适应过程。在明适应下产生良物质，而达到明适应过程。在明适应下产生良好的中心视觉包括形觉和色觉。好的中心视觉包括形觉和色觉。暗适应暗适应 指视网膜对暗处的适应能力。由强光处指视网膜对暗处的适应能力。由强光处进入暗室，由最初的
28、一片漆黑，约经进入暗室，由最初的一片漆黑，约经2030分分钟，视网膜的敏感度增加，逐渐恢复视敏度的钟，视网膜的敏感度增加，逐渐恢复视敏度的变化过程，称暗适应。暗适应的产生与杆体细变化过程，称暗适应。暗适应的产生与杆体细胞外节的视紫红素有关。视网膜杆体细胞外节胞外节的视紫红素有关。视网膜杆体细胞外节的视紫红素由于光刺激的分解为反视黄醛和暗的视紫红素由于光刺激的分解为反视黄醛和暗视蛋白，在暗处则视紫红素进行再生，视蛋白，在暗处则视紫红素进行再生，5分钟后分钟后再生约再生约60%，30分钟后几乎全部再生。视网膜分钟后几乎全部再生。视网膜的暗适应过程，是由快的锥体细胞的暗适应过的暗适应过程，是由快的锥
29、体细胞的暗适应过程和慢的杆体细胞的暗适应过程组成。锥体细程和慢的杆体细胞的暗适应过程组成。锥体细胞的暗适应只需胞的暗适应只需5分钟即可完成，杆状细胞的暗分钟即可完成，杆状细胞的暗适应则需适应则需35分钟左右。分钟左右。瞳孔的调节瞳孔的调节视细胞的感光机制视细胞的感光机制作用有限，主要控制进入人眼的光通量作用有限，主要控制进入人眼的光通量对大亮度范围的变化起主要作用对大亮度范围的变化起主要作用亮适应过程：亮适应过程：2-3分钟分钟暗适应过程：暗适应过程：45分钟分钟明视觉在光亮的条件下，人眼的“锥体细胞视觉”可以看到光谱上不同明暗的颜色，称为明视觉。暗视觉介视觉当亮度减低到一定程度时，人眼看不到
30、光谱上的颜色，只能由“杆体细胞视觉”看到无彩色的不同明度的灰色，称为暗视觉。如果亮度介于明视觉与暗视觉所对应的亮度水平之间，锥体细胞和杆体细胞同时起作用，称为介视觉。如夜间行驶的车、船、飞机、坦克的座舱和驾驶室，无照明的公路等一、光的本质四、视觉系统正常工作的基本条件四、视觉系统正常工作的基本条件看清物体的基本条件：看清物体的基本条件：1.亮度或照度亮度或照度 是指人头部不动时人眼可以看见的空间范是指人头部不动时人眼可以看见的空间范围。正常人水平范围围。正常人水平范围180度左右，垂直范围度左右，垂直范围130度左右。度左右。2.对比度对比度 包括颜色对比度和亮度对比度。包括颜色对比度和亮度对
31、比度。3.眩光的限制眩光的限制不适感不适感一、光的本质六、材料的系数六、材料的系数当材料在光的照射下时，光的辐射能就在材料当材料在光的照射下时，光的辐射能就在材料中产生了能量的反应过程。一部分被材料吸收，中产生了能量的反应过程。一部分被材料吸收，一部分被材料光滑的表面所反射，而另一部分一部分被材料光滑的表面所反射，而另一部分则穿过材料透射出去。总能量保持不变。则穿过材料透射出去。总能量保持不变。1.反射系数反射系数2.透射系数透射系数3.吸收系数吸收系数 /1水中倒影水中倒影潜水艇潜水艇阿基米德退敌阿基米德退敌照镜子照镜子光的反射光的反射我们为什么能我们为什么能看到太阳、火看到太阳、火苗、电灯
32、等物苗、电灯等物体？体？因为它因为它们是光们是光源，能源，能发出光，发出光，光线进光线进入我们入我们的眼睛。的眼睛。我们为什么还能看到人、玩具娃我们为什么还能看到人、玩具娃娃、小狗、照相机等这些本身不娃、小狗、照相机等这些本身不发光的物体？发光的物体？因为有其它的光照到这些物体上面因为有其它的光照到这些物体上面,然后再反射到然后再反射到我们的眼睛我们的眼睛,所以就看到了它。所以就看到了它。一、光的本质七、光的反射七、光的反射在反映材料光学的三个系数中，影响照明效果在反映材料光学的三个系数中，影响照明效果的重要因素是反射系数。的重要因素是反射系数。1.光的定向反射光的定向反射 有一固定的空间角度
33、。有一固定的空间角度。2.光的漫反射光的漫反射 无规律。无规律。3.混合反射混合反射 一个材料兼有多个反射特征，如瓷面砖。一个材料兼有多个反射特征，如瓷面砖。红宝石激光红宝石激光器器光纤光纤黄河口遥感图像黄河口遥感图像光反射的应用建筑物的玻璃幕墙建筑物的玻璃幕墙造成的光污染造成的光污染光污染电焊光和激光造成电焊光和激光造成的光污染的光污染一、光的本质八、评价照明质量的光学指标八、评价照明质量的光学指标1.照度标准照度标准 满足视觉的功能要求、降低视疲劳的程度满足视觉的功能要求、降低视疲劳的程度以及提高视觉满意度和综合经济性能等综合制以及提高视觉满意度和综合经济性能等综合制定标准。照度标准是一个
34、最低限度标准，照度定标准。照度标准是一个最低限度标准，照度值所规定的是一个范围。值所规定的是一个范围。2.照度的均匀度照度的均匀度 Emin/Eave（被照物体工作面上）（被照物体工作面上）3.照度的分布照度的分布（照度比）（照度比）Eave(背景背景)/Eave（被照物体工作面上）（被照物体工作面上）4.照明的节能和绿色照明照明的节能和绿色照明 选择发光效率高的光源，然后并联电力电容器选择发光效率高的光源，然后并联电力电容器来提高利用率。来提高利用率。习题 P276 2、4、6艺术照明太阳能障碍灯消防应急灯、光字牌装饰照明 通电后能发光的器件称通电后能发光的器件称电光源电光源，用作照明，用作
35、照明的叫做的叫做照明电光源照明电光源。已有。已有100多年的历史。主多年的历史。主要有白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高强度气体放要有白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高强度气体放电灯、电致发光灯、半导体灯等，主要用作照电灯、电致发光灯、半导体灯等，主要用作照明、指示照明灯或作为显示器件。明、指示照明灯或作为显示器件。引引 言言目目 录录 一、电光源的分类一、电光源的分类 二、常见的电光源二、常见的电光源 三、电光源的性能指标三、电光源的性能指标 四、灯罩特性四、灯罩特性 电光源按光的产生原理（工作原理）分为电光源按光的产生原理（工作原理）分为:(1)(1)热辐射光源热辐射光源:利用电流的热效应，把具有耐高温低
36、挥利用电流的热效应，把具有耐高温低挥 发性的灯丝加热到白炽程度而产生可见发性的灯丝加热到白炽程度而产生可见 光光,光的来源是热量。光的来源是热量。(2)(2)气体放电光源气体放电光源:利用电流通过灯管中的气体时，激发利用电流通过灯管中的气体时，激发 气体电离和放电而产生可见光。按放气体电离和放电而产生可见光。按放 电形式可分弧光放电灯和辉光放电灯。电形式可分弧光放电灯和辉光放电灯。3)3)电致发光光源电致发光光源:将电能直接转变为光能。将电能直接转变为光能。（1 1）和（）和（3 3）属于固体发光光源。）属于固体发光光源。一、电光源的分类一、电光源的分类电电光光源源固固体体发发光光光光源源热辐
37、射光源热辐射光源白炽灯白炽灯卤钨灯卤钨灯电致发光光源电致发光光源场致发光灯（场致发光灯（EL）半导体发光二极管（半导体发光二极管（LED）气气体体放放电电发发光光光光源源 辉光放电灯辉光放电灯氖灯氖灯霓虹灯霓虹灯 弧光放电灯弧光放电灯 低气压灯低气压灯荧光灯荧光灯低压钠灯低压钠灯高气压灯高气压灯高压汞灯高压汞灯高压钠灯高压钠灯金属卤化物灯金属卤化物灯氙灯氙灯电光源的分类表电光源的分类表电光源的分类电光源的分类1 1 热辐射发光电光源（1 1）白炽灯）白炽灯 由三部分组成：由三部分组成：第一部分第一部分 由表征光源名称特征的首字母组成，如由表征光源名称特征的首字母组成，如 “普通照明灯泡普通照明
38、灯泡”用用“PZ”PZ”；第二部分和第三部分由表征光源的光电特性、第二部分和第三部分由表征光源的光电特性、额定电压、额定功率，两数字间用小横额定电压、额定功率，两数字间用小横 线隔开。线隔开。举例：举例：PZ220-100PZ220-100表示的意义？表示的意义？二、常见的电光源二、常见的电光源灯头的形式白炽灯白炽灯优点：优点：结构简单，成本低。结构简单，成本低。有高度集光性，容易调光。有高度集光性，容易调光。可频繁操作，对寿命无影响，使用可频繁操作，对寿命无影响，使用方便。方便。显色性好（显色性好（9999100100）白炽灯的色光最接近于太阳光色。白炽灯的色光最接近于太阳光色。缺点：缺点：
39、其暖色和带黄色光，有时不一定受欢迎。其暖色和带黄色光，有时不一定受欢迎。即低色温，暖色调光源。即低色温，暖色调光源。对所需电的总量说来，发出的较低的光对所需电的总量说来，发出的较低的光通量，产生的热为通量，产生的热为80%80%，光仅为，光仅为20%20%。即即光效低（光效低（101020lm/w 20lm/w）寿命相对地较短（寿命相对地较短（1000h1000h）（2 2）卤钨灯）卤钨灯 在硬质玻璃或石英玻璃制成的白炽灯泡或灯在硬质玻璃或石英玻璃制成的白炽灯泡或灯管内充入少量卤化物，利用卤钨循环原理，以卤管内充入少量卤化物，利用卤钨循环原理，以卤素作媒介，将由灯丝蒸发的附着在玻壳内壁的钨素作
40、媒介，将由灯丝蒸发的附着在玻壳内壁的钨迁回灯丝，从而提高卤钨灯的光效和使用寿命，迁回灯丝，从而提高卤钨灯的光效和使用寿命，而体积又比白炽灯大为缩小。而体积又比白炽灯大为缩小。卤钨灯卤钨灯按其外形分类：按其外形分类：管型卤钨灯管型卤钨灯 单端卤钨灯单端卤钨灯 聚光卤钨灯聚光卤钨灯 封闭形投影卤钨灯封闭形投影卤钨灯（2 2）卤钨灯）卤钨灯 在硬质玻璃或石英玻璃制成的白炽灯泡或灯在硬质玻璃或石英玻璃制成的白炽灯泡或灯管内充入少量卤化物，利用卤钨循环原理，以卤管内充入少量卤化物，利用卤钨循环原理，以卤素作媒介，将由灯丝蒸发的附着在玻壳内壁的钨素作媒介，将由灯丝蒸发的附着在玻壳内壁的钨迁回灯丝，从而提高
41、卤钨灯的光效和使用寿命，迁回灯丝，从而提高卤钨灯的光效和使用寿命，而体积又比白炽灯大为缩小。而体积又比白炽灯大为缩小。卤钨灯外形及分类卤钨灯外形及分类（a a）普通照明管形卤钨灯；（）普通照明管形卤钨灯；（b b）紧凑型双端卤钨灯；（）紧凑型双端卤钨灯；（c c）单端卤钨灯；）单端卤钨灯；（d d）PARPAR型卤钨灯；（型卤钨灯；（e e）介质膜冷反光卤钨灯）介质膜冷反光卤钨灯管形卤钨灯：（1）大功率（）大功率（500W以上）做成管状。以上）做成管状。（2）管径）管径810MM，长度，长度80330MM，功率，功率1002000W，色温，色温27003200W，光效，光效1522LM，寿命，
42、寿命1500H。（3）使用在体育场馆，建筑工地广场，厂房）使用在体育场馆，建筑工地广场，厂房车间，大型会场，歌舞厅照明。车间，大型会场，歌舞厅照明。（1）特点是：体积小，定向性好，装饰性强，）特点是：体积小，定向性好，装饰性强，安装方便。安装方便。（2）使用场所：仪器，电影，电视，摄影，）使用场所：仪器，电影，电视，摄影，舞台，歌舞厅，家庭住宅（新型台灯，射舞台，歌舞厅，家庭住宅（新型台灯，射灯，落地灯，聚光卤钨灯）。灯，落地灯，聚光卤钨灯）。（）参数是功率几千瓦，色温（）参数是功率几千瓦，色温，额定电压，额定电压，选择和适应方便。，选择和适应方便。单端卤钨灯：单端卤钨灯：卤钨灯卤钨灯优点：优
43、点：寿命提高（寿命提高（150015002000h2000h）光效提高（光效提高（202030lm/w)30lm/w)体积小体积小 显色性好显色性好 色温较高（色温较高（280028003000K3000K）缺点：缺点：不适于易燃易爆多尘及移动的场所不适于易燃易爆多尘及移动的场所 水平安装水平安装 灯丝耐震差灯丝耐震差 价格高价格高2 2气体放电发光电光源（1）荧光灯 型号命名：型号命名：由两部分组成，表示的意义同白炽由两部分组成，表示的意义同白炽灯一样，有时增加第三部分如颜色特征，不灯一样，有时增加第三部分如颜色特征，不同结构形式的顺序号。同结构形式的顺序号。举例：举例：220V 40W 直
44、管型荧光灯（日光色、直管型荧光灯（日光色、32管径）型号表示为？管径）型号表示为？YZ40（YZ40-32RR）荧光灯荧光灯分类：分类：按阴极工作形式：热阴极，冷阴极按阴极工作形式：热阴极，冷阴极 按外型分为：双端荧光灯（直管型荧光按外型分为：双端荧光灯（直管型荧光灯）、单端荧光灯（异型荧光灯）、自灯）、单端荧光灯（异型荧光灯）、自镇流荧光灯（紧凑型荧光灯）镇流荧光灯（紧凑型荧光灯）按色温高低分为：冷白色荧光灯、暖白按色温高低分为：冷白色荧光灯、暖白色荧光灯、日光色荧光灯色荧光灯、日光色荧光灯 按灯管直径分为：按灯管直径分为：T12/T8/T5T12/T8/T5T8 荧光灯 T5荧光灯 环形荧
45、光灯LED荧光灯荧光粉荧光粉：荧光粉荧光粉 用来吸收紫外线并转化成可用来吸收紫外线并转化成可见光。见光。单独一种荧光粉可以产生某种色彩的荧单独一种荧光粉可以产生某种色彩的荧光灯，蓝、绿、黄、白、淡红、金白等光灯，蓝、绿、黄、白、淡红、金白等彩色荧光灯；彩色荧光灯；改变荧光粉构成物质含量，可得到日光改变荧光粉构成物质含量，可得到日光色，冷白色，白色，暖白色等荧光灯；色，冷白色，白色，暖白色等荧光灯；把几种荧光粉混合使用可得到三基色荧把几种荧光粉混合使用可得到三基色荧光灯。光灯。最广泛的荧光粉最广泛的荧光粉 卤磷酸钙粉，价格低，光效较卤磷酸钙粉，价格低，光效较高，显色性较差。高，显色性较差。三基色
46、荧光粉由红粉、绿粉（主要用来提高光三基色荧光粉由红粉、绿粉（主要用来提高光效）、蓝粉按一定比例制成。效）、蓝粉按一定比例制成。得到的荧光灯光效可达到得到的荧光灯光效可达到100LM/W，显色指数在，显色指数在8090之间，改变三种荧光粉的混合比例，可制之间，改变三种荧光粉的混合比例，可制造出各种不同光色的高效荧光灯，价格为普通的造出各种不同光色的高效荧光灯，价格为普通的23倍或更高，所以未能得到推广使用。倍或更高，所以未能得到推广使用。荧光灯的结构荧光灯的启动电路 荧光灯要与镇荧光灯要与镇流器（或称稳压流器（或称稳压器）一起使用，器）一起使用，将工作电流限制将工作电流限制在额定值。在额定值。镇
47、流器、启动器镇流器、启动器：启动器启动器是用来启动灯管的。是用来启动灯管的。镇流器镇流器1、产生瞬时高压，启动灯管；产生瞬时高压，启动灯管；2、灯管启动后起镇流（限流）作、灯管启动后起镇流（限流）作 用，使灯管正常稳定地工作。用，使灯管正常稳定地工作。荧光灯工作原理荧光灯工作原理：荧光灯荧光灯优点：优点：寿命长（寿命长（3000h3000h5000h)5000h)光效高（光效高（252585lm/w)85lm/w)显色性好显色性好 表面亮度低表面亮度低 光色好且品种多光色好且品种多 灯管表面温度低灯管表面温度低荧光灯荧光灯缺点：缺点：造价高造价高 点燃迟点燃迟 有闪烁和频闪效应有闪烁和频闪效应
48、 电压影响寿命电压影响寿命 受温湿度影响大受温湿度影响大（2）金属卤化物灯 灯内不仅有汞，还加入具有特征光谱的某灯内不仅有汞，还加入具有特征光谱的某些金属卤化物。填充不同的金属卤化物，可发出些金属卤化物。填充不同的金属卤化物，可发出不同颜色的灯光，我们在城市夜景看到的五颜六不同颜色的灯光，我们在城市夜景看到的五颜六色 的 投 光，就 是 用 这 种 灯，它 的 光 效 在色 的 投 光，就 是 用 这 种 灯，它 的 光 效 在6080lm/W。金属卤化物灯分类1、充入钠、铊、铟等金属卤化物灯；、充入钠、铊、铟等金属卤化物灯；2、充入钪、钠等金属卤化物灯；、充入钪、钠等金属卤化物灯；3、充入镝
49、、钬、铥等金属卤化物灯；、充入镝、钬、铥等金属卤化物灯；4、充入锡、铝等金属卤化物灯；、充入锡、铝等金属卤化物灯；2-启动电阻；3-启动电极；4-主电极；5-放电管；6-金属支架；10-保温膜金属卤化物灯金属卤化物灯优点：优点：尺寸小、功率大尺寸小、功率大 光效高、光色好光效高、光色好 显色指数高显色指数高 受环境影响较小，耐震好受环境影响较小，耐震好金属卤化物灯金属卤化物灯缺点：缺点：启动设备复杂启动设备复杂 起动稳定时间起动稳定时间4 410min10min 再起动稳定时间再起动稳定时间101015min15min 寿命低寿命低 不宜频繁启动不宜频繁启动 价格昂贵价格昂贵金属卤化物灯金属卤
50、化物灯主要适用场合：主要适用场合：机场、体育场的探照灯，公园庭院照明，机场、体育场的探照灯，公园庭院照明，电影电视拍摄光源，歌舞厅装饰照明。电影电视拍摄光源，歌舞厅装饰照明。（3）钠灯 是利用钠蒸汽放电的气体放电灯的总称。是利用钠蒸汽放电的气体放电灯的总称。主要有低压钠灯、高压钠灯两大类主要有低压钠灯、高压钠灯两大类。低压钠灯低压钠灯优点：优点：光效最高（光效最高（150 lm/w)150 lm/w)寿命长寿命长(2000(20006000h)6000h)视觉敏感高，透雾性好视觉敏感高，透雾性好缺点：缺点：水平点燃水平点燃 显色性差，为单一光色显色性差，为单一光色低压钠灯低压钠灯主要适用场合：
