工作场所之照明课件

12.1光與色12.1.1光之性質12.1.2光源與發光原理12.1.3色之性質12.1.4表色系統12.1.1光之性質所諧「光」，是一種輻射能，它能夠刺激眼睛的視網膜而產生視覺，要是沒有光或沒有足夠的光，就什麼東西也看不見。由於光是以波動的方式傳播，所以又稱為光波，又因其循直線前進，所以也稱為光線。由圖12.1可知，絕大部分的電磁波都是眼睛所無法感知，其中只有很小一部分可以看到，這部分稱為可見光譜。12.1.1光之性質可使眼睛產生視覺的光波波長約在380nm至780nm之間，不同的波長又可引起人們不同的顏色知覺。當一束太陽光透過三稜鏡，我們就可以看到陽光分為一系列色彩鮮艷的有色光，其中波長最長的是紅色光(約700nm)，接著依序為橙、黃、綠、藍、靛，到波長最短的紫色光(約400nm)。可見光的波長很短，其單位通常採用nm或(Angstron)來表示，其意義如下：1nm=1=m故1nm=1012.1.2光源與發光原理光源可分為以下兩類：白熱體(incandescentbody)：它所發之光稱為白熱光。將一根鐵棒放在爐火中燒熱時，它首先會發出紅外線光波，也就是輻射熱；等溫度較高後，鐵棒呈現暗紅色，即發出波長較長的可見光波；如繼續加熱，則波長較短的可見光逐一發射出來，等到白熱時，人眼所能見到的光波皆同時發射而合成所謂白光，此即白熱體發光的原理。白熱燈泡即為鎢絲溫度上升所致之發光現象。12.1.2光源與發光原理非熱體(luminescentbody)：非熱光之發光原因很多，有放射發光(如夜光漆)、化學發光(如燃燒氧化)、生物發光(如螢火蟲)、陰極線發光(如映像管)、電氣發光等。一般電器照明所利用者大都是電氣之非熱光。電氣非熱光所發之光，其色澤隨封入之氣體種類而有不同之光譜，像日光燈、霓虹燈、鈉氣燈、水銀燈、探照燈等都是屬於放電燈。12.1.3色之性質在可見光譜內不同的波長會產生各種顏色的知覺，紫色大約在400nm左右，接著是藍色(450nm左右)、綠色(500nm左右)、黃橙色(600nm左右)以及紅色(700nm及以上)。眼睛中有兩種基本的受納器──桿細胞和錐細胞，各有各的敏感性功能。當照明水準高時，桿細胞和錐細胞都能作用，稱為「明視力」(photopicvision)，此時眼睛對波長550nm(綠)左右的光最敏感。當照明水準降低時，錐細胞漸漸失效，改由桿細胞主宰視覺，稱為「暗視力」(scotopicvision)，此時眼睛對波長500nm左右(藍—綠)的光最敏感。這種明視力興暗視力間感受性的轉換稱為「Purkinje效應」(Purkinjeeffect)。12.1.3色之性質當一個光源所發的光，其波長大約呈相等比例分布時，看起來是白色的，所以稱為「白光」。可是大部分的光源(如各類燈具)其光譜雖包括大多數的波長，可是在某一區域的能量卻特別強一點，因此看起來就呈現出帶黃色、帶紅色、帶藍色等的顏色。照明工程師以光源的「色溫」來描述其色相(所呈現的顏色)。由於色溫代表的只是光源的色相，並不是此一光源真正的光譜組成。12.1.4表色系統光波在物理上可藉波長和振幅來描述，但心理上的顏色向度有三個：(1)色調；(2)明度；和(3)彩度(或稱飽和度)。常以各種不同的表色系統作為描述顏色的標準。今日所使用的表色系統具有一些共同的特性。大多數表色系統其基礎是如圖12.2的色錐(colorcone)。12.1.4表色系統數種的表色系統都包含有以色錐為基礎而依序排列的色板或色票，例如Ostwald系統(ContainerCoporationofAmerica,1942)、DIN表色系統(Richter,1955)、自然表色系統(naturalcolorsystem,HardandSivik,1981)及Munsell系統(MunsellColorCo.,1973)。其中Munsell系統最廣為人知，此系統包含的色樣超過1,000種，每一種都依其色調、明度及彩度為基礎賦予一個代號。12.1.4表色系統另一種廣泛應用的表色系統是CIE顏色計量系統(國際照明委員會，簡稱CIE,1971)。此系統的基礎是認為任何顏色都可用紅、綠、藍三色加以組成，GIE系統可決定產生某種設想光源的組成比例。此一想像光源可以用名為X、Y、Z的三個來源以數學的方法導出。X源代表的是紅色光譜區，Y源是綠色區，Z源是藍色區，這些比例(記成X、Y、Z)稱為欲配色的顏色座標(colorcoordinates)，圖12.3。12.2光及能見度之測量12.2.1光之測量12.2.2能見度之概念12.2.3作業能見度之測量12.2.1光之測量有關光的測量，即測光學(photometry)；目前應用較廣的主要有兩套測度系統，一種稱為USCS(U.S.CustomarySystem)，另一種為SI單位(InternationalSystemofUnits)。USCS制：fc(footcandle)SI制：lx(lux)

兩者間的關係為：12.2.1光之測量圖12.4表示在一個點光源下照射在一個被照面上的照度乃依循「平方反比定律」(inverse-squarelaw)，亦即

照度(lx)=

式中D為被照面距光源的公尺數。12.2.1光之測量由被照面所反射的亮度與照射在被照面上的照度之比稱為「反射比」(reflectance)。計算反射比的公式如下：SI制：USCS制：12.2.2能見度之概念能見度(visibility)係指東西為人類的眼睛所能夠看清楚的程度。影響一個目標能見度的關鍵因素是此一目標的「背景」，也就是說「對比」。Blackwell做了一系列的研究，他的標準目標物是一個均勻發光的光碟(luminousdisk)，測試視角是4分(4minutes，距離1m時大約有1.1mm)，出現在一個均一的螢光幕上，停留時間為1/5秒，需求的視覺訊息則是偵測此一光碟的出現。12.2.2能見度之概念Blackwell要決定的是標準目標物的「能見度閾限」，Blackwell的這項實驗大約測試了100個年輕人，並由此找出了背景亮度和光碟對比閾限間的平均關係，他稱此為「能見度參考函數」(VisibilityReferenceFunction,VRF)，或稱為「能見度水準一」(VisibilityLevel1,VL1)，如圖12.5所示。12.3照明效果與照明器具12.3.1天然照明與人工照明12.3.2燈及燈具12.3.3照明方式12.3.1天然照明與人工照明天然照明：主要為太陽，其他如月光、星星、螢火蟲、閃電與極光，其照度如表12-2。人工照明：如火光與燈光。12.3.1天然照明與人工照明12.3.2燈及燈具一、燈的種類白熾燈絲燈：電流通過金屬絲發光。

氣體放電燈：高強度放電燈：如水銀燈、金屬鹵素燈。鈉氣燈：分高壓和低壓兩種。日光燈或螢光燈(管內填充氣體，經高電壓放電)。12.3.2燈及燈具二、燈光顏色(lampcolor)不同種類的燈能產生各種不同的光譜分配而呈現出不同的顏色──燈色(lampcolor)，如圖12.6。圖12.7說明隨著CRI（顏色表現指數）升高，顏色判斷錯誤率降低。12.3.2燈及燈具三、能源節約各種光源的效率稱為「燈效」(lampefficacy)，可以用每一單位的能量消耗[Watts(w)]所能產生的光線數量[lumens(1m)]來衡量。圖12.8說明各種光源的燈效。表12.3說明兩種光源的耗電、壽命、光量。12.3.2燈及燈具四、燈具燈具(luminaires)是一個完整的照明單位，包括光源的燈或燈組，並附有設計用來分配光線、定位、保護燈以及連接燈和電力供應等組件。燈具可依發出的光線是在其水平以上或以下的比例多寡分為五類，如圖12.9所示。12.3.3照明方式1.全面照明：如整各室內均勻照明。2.局部一般照明：如工作站燈光。3.補充照明：如檯燈加以輔助燈光。12.4照明水準與作業績效12.4.1實地研究12.4.2實驗室研究12.4.3研究所得的一般結論12.4.4照明水準之選定12.4照明水準與作業績效圖12.10針對三種代表性的工廠作業，發現趙明水準增加，則生產績效可達到某一水準為止。通常愈困難的作業，照明水準須愈高。年齡愈大，照明量愈重要。過度照明會產生眩光。12.4.4照明水準之選定IES(美國照明工程學會，IlluminatingEngineeringSociety)在1981年發展了一套比較簡單的方法來決定照明的最低水準。程序的第一步是先確認此將執行的活動類型是屬於照明建議表上的那一種。IES的照明手冊中包含如表12.4中所列舉各照明等級中各種作業類型的詳表12.4.4照明水準之選定表12.4中每一等級都列出了照度範圍(低－中－高)，我們必須先由表12.5中，對每一項特性(工人的年齡、速度或精確度、作業背景反射比)都派定一個加權數(1,0,+1)。將各個權數相加以後可得到總加權因素TWF。由於A級到C級並沒有包含視覺作業，因此「速度或精確度」可不予考慮，並且其作業背景反射比這一項則以房間、牆壁與地板之平均反射比來代替。12.4.4照明水準之選定和地板的平均反射比來代替，然後再根據以下規則來選用該等級的低、中或高值：對A級至C級：

TWF=-1或-2 使用低值

TWF=0 使用中值

TWF=+1或+2 使用高值對D級至I級：

TWF=-2或-3 使用低值

TWF=-1,0或+1 使用中值

TWF=+2或+3 使用高值IES對最低安全照明水準也提出其建議如表12.6。12.5光線的分布12.5.1明視比12.5.2反射比12.5.3眩光12.5.1明視比明視比(luminanceratio)是指在視野內的任何兩個區域亮度之間的比值。IES(1982)建議的辦公室最大明視比如下： 作業：鄰近區域3：1

作業：遠處暗區10：1

作業：遠處亮區1：10可是Brass(1982)卻認為：在現實環境中整體明視比並無少於20：1者。在這種比率之下，並不致造成眼睛過度不舒服或暫時性適應的問題。12.5.2反射比在一個房間內光線的分配並非只是光照數量和燈具位置的函數，也會受到牆壁、天花板和房間內其他物體表面反射比(reflectance)的影響。落在作業面上的照明量是由直接成分(亦即由光源直接射向該作業面的照明量)與間接成分(從牆壁、天花板等反射出來到達作業面的照明量)兩者所組成。12.5.3眩光眩光(glare)也就是刺眼，是因視野內的亮度大大地超過眼睛已適應的亮度時所產生的，它會導致煩擾、不舒服或視力損失。直接眩光(directglare)是由視野內的光源直接引起，反射眩光(reflectedglare)則為視野內物體表面所反射的光而引起。反射眩光又有以下四類：鏡面反射(specular)：來自平滑、光亮或如鏡子般的表面。延展反射(spread)：如來自磨砂、蝕刻或粗糙表面。散亂反射(diffuse)：如來自平坦的油漆表面或褪光的暗色表面。混合反射(compound)：以上三種反射所合成。12.5.3眩光眩光也可以依照它對觀測者的影響分成以下三類：不適眩光(discomfortglare)失能眩光(disabilityglare)目盲眩光(blindingglare)12.5.3眩光一、不適眩光不適眩光是指在視野內由於強光或光線分配不均，造成的困擾或不舒服的感覺。由於眩光的不舒服感是一種主觀的經驗，所以評估一個特定眩光源的不舒服程度都是採用自陳式。一種評估人們對眩光源產生的不舒服程度或對眩光的敏感性，最普通的量測方法就是使用「舒適與不適間界限」，簡稱為BCD(BorderlinebetweenComfortandDiscomfort)。12.5.3眩光二、失能眩光會直接干擾視力和視覺工作績效的眩光，即為失能眩光。Trotter(1982)把引起失能眩光的原因分為兩種：眼內隱藏性亮度(光線進入眼睛時非同質第散射在水晶體及眼球液體)；及暫時性適應(transientadaptation)。12.5.3眩光