照明光学基础ppt课件

1、1连志鹏2019.6.923光射入人眼落到视网膜上，产生光化学反应，刺激视神经而形成视觉光射入人眼落到视网膜上，产生光化学反应，刺激视神经而形成视觉4光光 与与 能能 量量光源光源光通量光通量(流明流明)光强光强(坎德拉坎德拉)眼睛眼睛亮度亮度(坎坎/平方米平方米)照度照度(勒克斯勒克斯)从光源到眼睛从光源到眼睛5 光通量光通量 :(Luminous Flux)-单位时间单位时间内光源发出可见光的总能量内光源发出可见光的总能量.单位单位:流明流明(lm)照明基础知识照明基础知识dVKem)(780380=e是辐射通量的光谱密集度，单位为是辐射通量的光谱密集度，单位为W/m；V() 为光为光谱光

2、效率函数。谱光效率函数。 Km为最大光谱光效能，对于明视觉，为最大光谱光效能，对于明视觉，Km=683lm/W。6 发光强度发光强度 I:(Luminous Intensity)-光源向一定方向光源向一定方向单位立体角内发单位立体角内发出的光通量出的光通量.单位单位:坎德拉坎德拉(cd)照明基础知识照明基础知识 dd I =光通量光通量立体角立体角=7立体角solid angle ）：想象一个随意半径 (r) 的球面且含有以顶点为中心的圆锥体，这小半个球体表面是由圆锥体所环绕的并对应该圆锥体的立体角(w)所形成；假若此小半个球体表面积等于半径的平方(r2 )，而对应于该立体角的就被叫作 “球面

3、度 steradian”。8 照度照度E(Illuminance):入射于被照物体单位面积上的光通量入射于被照物体单位面积上的光通量.单位单位:勒克斯勒克斯(lux,简写为简写为lx) E=照度照度光通量光通量面积面积照明基础知识照明基础知识d dS例如：例如：用一只发光为用一只发光为17501750流明的流明的100100瓦白炽灯泡照明一个瓦白炽灯泡照明一个3 33 39 9平方米的房间，平方米的房间，其平均照度为其平均照度为 1750 / 1750 / 9 9194.4194.4勒克斯勒克斯9lmluxcdcd/m2cd/m2亮度亮度L (Luminance) 方向的光亮度方向的光亮度L是

4、投影到是投影到方向的单位投影面方向的单位投影面积单位立体角内的光通量，或者说是投影到积单位立体角内的光通量，或者说是投影到方向的单位面积上的方向的单位面积上的发光强度。亮度是表示人对发光体或被照射物体表面的发光或反发光强度。亮度是表示人对发光体或被照射物体表面的发光或反射光强度实际感受的物理量射光强度实际感受的物理量 。单位单位:坎德拉每平方米坎德拉每平方米(cdm-2) 照明基础知识照明基础知识coscosdAdIddAdL N d B dAd1m2表面沿法线方向发射表面沿法线方向发射1cd的光强，则发光面的光强，则发光面的亮度就定为的亮度就定为1cd/ m210 发光体表面名称亮 度 （c

5、d/m2）在地球上看到的太阳表面普通电弧太阳照射下漫射的白色表面钨丝白炽灯灯丝在地球上看到的月亮表面人工照明下书写阅读时的纸面白天的晴朗天空超高压气体放电灯15108151073104(5001500)1042510210510325108常见发光体表面光亮度的近似值常见发光体表面光亮度的近似值 被 照 表 面照 度 （lx）无月夜间在地面上生产的照度满月在天定时对地面产生的照度辨认方向所需要的照度办公室工作所必需的照度晴朗夏日采光良好时室内照度太阳直射的照度310-40.2120100100500105常见受照物体表面光照度值常见受照物体表面光照度值11一、朗伯定律一、朗伯定律Io I dA

6、设设dA为一发光面或漫射光表面，由亮度的定义可知，为一发光面或漫射光表面，由亮度的定义可知，在与法线成在与法线成角方向的亮度为：角方向的亮度为： L=I/(dAcos)式中：式中：I为为方向上的发光强度，如图方向上的发光强度，如图6-6所示。所示。同理，在法线方向上的亮度为：同理，在法线方向上的亮度为：Lo=Io/dA如果发光面或漫射表面的亮度不随方向改变，则在法线如果发光面或漫射表面的亮度不随方向改变，则在法线方向和成方向和成角方向的亮度相等。因此有：角方向的亮度相等。因此有： L=Lo=I/(dAcos)=Io/dAI=Iocos 图图6-6 上式为朗伯定律或发光强度的余弦定律上式为朗伯定

7、律或发光强度的余弦定律的数学表达式。遵从朗伯定律的光源称为朗的数学表达式。遵从朗伯定律的光源称为朗伯光源，它的亮度是不随观察的方向改变而伯光源，它的亮度是不随观察的方向改变而变化的。被均匀照明的烟熏的氧化镁表面、变化的。被均匀照明的烟熏的氧化镁表面、毛玻璃或乳白玻璃表面，都可以近似地看作毛玻璃或乳白玻璃表面，都可以近似地看作遵从伯朗定律的光源。遵从伯朗定律的光源。 12 设点光源在单位立体角内所发射的光线是均匀的，在距设点光源在单位立体角内所发射的光线是均匀的，在距点光源为点光源为l距离处截一面积元距离处截一面积元dA，则通过，则通过dA的光通量也是的光通量也是均匀的，如图均匀的，如图7-8所

8、示。所示。根据光强的定义，在根据光强的定义，在二、照度的距离平方反比定律二、照度的距离平方反比定律 rddAIdAd2ldA2lI方向的光强为：方向的光强为：所以有所以有d=Id，为通过，为通过dA面所接收到的光通量。而面所接收到的光通量。而 E=将将d d=E= (6-17) (6-17)I=d/d代入上式得到代入上式得到r d dA lS图图7-813 举例如下：一个照射出100 cd 的光源，当在光源至垂直平面的距离为 3 m时，该平面照度将是100/32= 11 lux；当在光源至垂直平面的距离为 2 m时，该平面照度将是: 100/22 = 25lux。14色温色温 就是光的颜色。黑

9、体辐射温度就是光的颜色。黑体辐射温度, , 以开尔文表示以开尔文表示K K）开氏温度开氏温度 = = 摄氏温度摄氏温度 + 273.15 + 273.15低色温的是暖色，高色温的是冷色。低色温的是暖色，高色温的是冷色。15色温色温CT当一个光源的颜色与完全辐射体黑体在某一温度当一个光源的颜色与完全辐射体黑体在某一温度时发生的光色相同时，完全辐射体的温度绝对温度，开尔文，时发生的光色相同时，完全辐射体的温度绝对温度，开尔文，用用K表示就叫做光源的色温。完全辐射体的温度黑体是表示就叫做光源的色温。完全辐射体的温度黑体是一个假想的理想物体。它即不反射，也不透射，能把投射在它一个假想的理想物体。它即不

10、反射，也不透射，能把投射在它上面的辐射全部吸收。黑体加热到高温就产生辐射。在上面的辐射全部吸收。黑体加热到高温就产生辐射。在800900K温度下，黑体辐射呈红色，温度下，黑体辐射呈红色，3000K时呈黄色，时呈黄色，5000左右呈白色，在左右呈白色，在800010000K之间呈淡蓝色。之间呈淡蓝色。低色温的光是暖色光，高色温的光是冷色光。低色温的光是暖色光，高色温的光是冷色光。16一些常用光源的色温 标准烛光为1930K； 钨丝灯为2760-2900K； 荧光灯为3000K； 闪光灯为3800K； 中午阳光为5400K； 电子闪光灯为6000K； 蓝天为12000-18000K。 17显色指数

11、显色指数 光源表现物体真实颜色的能力光源表现物体真实颜色的能力0100 ; 0100 ; 白炽灯白炽灯为为100100显色指数显色指数CRI一只灯泡的显色指数是彩色物体被该灯泡发出的光照一只灯泡的显色指数是彩色物体被该灯泡发出的光照明时彩色被显现的真实程度。明时彩色被显现的真实程度。白炽灯泡和卤钨灯泡的显色指数被定义为白炽灯泡和卤钨灯泡的显色指数被定义为100，而高压钠灯的显色指，而高压钠灯的显色指数为数为20，美标金卤灯的显色指数为，美标金卤灯的显色指数为65。下图显示用不同种类灯泡照明同样物体时的彩色效果。下图显示用不同种类灯泡照明同样物体时的彩色效果。18白炽灯的理论显色指数为100，但实际生活中的白炽灯种类繁多，应用也不同，所以其Ra值不是完全一致的。 光源 显色指数Ra 白炽灯 97 日光色荧光灯 80-94 白色荧光