照明光学基础

第1页/共19页第一页，共20页。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第2页/共19页第二页，共20页。光与能量光源光通量(流明)光强(坎德拉)眼睛亮度(坎/平方米)照度(勒克斯)从光源到眼睛第3页/共19页第三页，共20页。

光通量

:(LuminousFlux)-单位时间内光源发出可见光的总能量.单位:流明(lm)照明基础知识Φ=Φeλ是辐射通量的光谱密集度，单位为W/m；V(λ)为光谱光效率函数。Km为最大光谱光效能，对于明视觉，Km=683lm/W。第4页/共19页第四页，共20页。

发光强度I:(LuminousIntensity)-光源向一定方向单位立体角内发出的光通量.单位:坎德拉(cd)照明基础知识

dd

I=光通量立体角=第5页/共19页第五页，共20页。立体角（solidangle）：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“球面度steradian”。第6页/共19页第六页，共20页。

照度E(Illuminance):入射于被照物体单位面积上的光通量.单位:勒克斯(lux,简写为lx)E=照度光通量面积照明基础知识ddS例如：

用一只发光为1750流明的100瓦白炽灯泡照明一个

3×3＝9平方米的房间，

其平均照度为

1750/9＝194.4勒克斯第7页/共19页第七页，共20页。lmluxcdcd/m2cd/m2亮度L(Luminance)θ方向的光亮度L是投影到θ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θ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射光强度实际感受的物理量。单位:坎德拉每平方米(cd·m-2)

照明基础知识

N

dΦ

θ

BdAd1m2表面沿法线方向发射1cd的光强，则发光面的亮度就定为1cd/m2第8页/共19页第八页，共20页。

发光体表面名称亮度（cd/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15×10815×1073×104(500~1500)×10425×102105×10325×108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3×10-40.2120~100100~500105常见受照物体表面光照度值第9页/共19页第九页，共20页。一、朗伯定律IoIθθdA设dA为一发光面或漫射光表面，由亮度的定义可知，在与法线成θ角方向的亮度为：

Lθ=Iθ/(dAcosθ)式中：Iθ为θ方向上的发光强度，如图6-6所示。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，则在法线方向和成θ角方向的亮度相等。因此有：Lθ=Lo=Iθ/(dA·cosθ)=Io/dAIθ=Io·cosθ

图6-6

上式为朗伯定律（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、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。

第10页/共19页第十页，共20页。

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l距离处截一面积元dA，则通过dA的光通量也是均匀的，如图7-8所示。根据光强的定义，在二、照度的距离平方反比定律

方向的光强为：所以有dφ=IdΩ，为通过dA面所接收到的光通量。而

E=将d=E=

(6-17)I=dφ/d代入上式得到

d

dA

lS图7-8第11页/共19页第十一页，共20页。举例如下：一个照射出100cd的光源，当在光源至垂直平面的距离为3m时，该平面照度将是100/32=11lux；当在光源至垂直平面的距离为2m时，该平面照度将是:100/22=25lux。第12页/共19页第十二页，共20页。色温–

就是光的颜色。黑体辐射温度,以开尔文表示（K）开氏温度=摄氏温度+273.15低色温的是暖色，高色温的是冷色。光的质量第13页/共19页第十三页，共20页。光的质量色温CT－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，用K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，能把投射在它上面的辐射全部吸收。黑体加热到高温就产生辐射。在800~900K温度下，黑体辐射呈红色，3000K时呈黄色，5000左右呈白色，在8000~10000K之间呈淡蓝色。

低色温的光是暖色光，高色温的光是冷色光。第14页/共19页第十四页，共20页。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。第15页/共19页第十五页，共20页。显色指数–

光源表现物体真实颜色的能力0~100;白炽灯为100光的质量显色指数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100，而高压钠灯的显色指数为20，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。第16页/共19页第十六页，共20页。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

白色荧光灯75-85

暖白色荧光灯80-90

卤钨灯95-99

高压汞灯22-51

高压钠灯20-30

金属卤化物灯60-65

钠铊铟灯60-65

第17页/共19页第十七页，共20页。光强分布曲线（配光角度）1/10Imax

(美IES);1/2Imax

(欧CIE)第18页/共19页第十八页