LED照明手册专业版.docx
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LED照明手册专业版
LIGHTINGHANDBOOK
章节1-知识库
从一个物理的观点,光明显为能量现象。
然而,并非下定义，据此操作工程学领域的那些人需要理解两个主要方面来描述光的特性,即几何学和能量学的方面。
光在空间中传播方式根据几何学光学的定律可归类于几何学方面;由电磁波可携带能量的类型和量则与能量学方面相关联。
1.1自然光
光-我们用以表示电磁射线这一词,当穿透眼睛时,被转换成为神经的刺激并产生可看到之感觉。
电磁射线的范围是相当宽广的，但是只有一小部份限定范围的波可被眼睛辨识。
如果我们试着提升一个物体的温度,它将开始释放热射线能量（红外）,以及在此之后,在更高的能量阶,它将发射光。
几个理论建立光的发射和发光之间的相互关系。
根据波理论,以电磁波形式传送放射能量特点为两个物理学的量:
波长和频率。
波长,常规用希腊字母L来表示,是在完全振荡周期期间由波传播的距离。
在国际系统中用米或者毫微米表示。
频率,用字母N表示,表示在一秒钟内发生的完全振荡周期的数量,用赫兹（Hertz）表示。
传播速度C是为完成振荡的波长和时间之间的比例,以公里/每秒（km/s）测量。
电磁波的传播速度根据它发生的场所的媒介不同而变化。
于真空如下:
Co@300Km/s
在任何媒介中适用下面的关系式:
C=Co/n
N为介质场所与真空比较的折射索引表。
频率N,传播速度C和波长的L,如下关系型:
C=n.l
透过如果频率N为所知,我们能够容易计算波长L,反之亦然。
基于电磁波的各自波长能够给电磁波分类:
使用电磁射线的光谱图表表示这个分类。
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
电磁射线光谱和可见的射线光谱。
在光谱中含有的波长范围很广,从10-5次方nm到1016次方nm。
在可见射线领域中间更小得多,包括这个紫外线极限值-380nm-和这个红外线极限值-780nm。
把"光"定义为由在这二个极端之间的射线产生的感觉。
1.2刺激作用,感觉和视觉的感知。
眼睛是我们的身体的器官中负责从这个外部世界收集发光刺激和转换为神经刺激传送给脑。
眼睛为一个类似摄影照相机的方法工作。
虹膜调节光的量,以与快门相同的精确模式,而眼睛的水晶体正好像一个照相机镜头,虽然调整系统是不同的,在眼睛为水晶体的形状中的变化,在照相机中为镜头的一个向前向后的运动。
最后,视网膜在这个神经结尾那里,这是敏感元素,等同于摄影底片。
这个光学神经的结尾由光敏感的巢型网格称为锥形物和棒形成了。
尤其是,把棒用作夜晚视力（或者较暗视力）且并对颜色不敏感,而锥形物为白天视力（或者光适应的视力）,由亮度和照明的水平在某种门限上面产生,并可以容易感知和识别颜色。
opticalnerve:
视力神经fovea:
蜂窝体组织cornea:
角膜cavity:
眼腔lens:
水晶体
Vitreousbody:
玻璃体iriswithpupilasthevisualarerture:
虹膜及瞳孔ciliarymusde:
睫毛肌retina:
视网膜choroidsmembrane:
脉络膜sclera:
巩膜
FIGURE2
人类眼睛的示意性横截面。
眼睛负责从这个外部世界捕捉发光刺激和到对脑传送的神经脉冲里转换他们。
视网膜表面上锥形物和棒筋条发送不同类的刺激讯号,并且根据视网膜部分对不同的光刺激产生了结果的回应。
更近一步我们从最高光感应集中的蜂巢组织中心发现，更多的视网膜感应性质减少了。
亦即表示敏锐的视觉只能在非常小的角度中达成。
FIGURE3
一个摄影照相机的轴向剖面部分。
由视网膜捕捉的发光的使锥形物和棒筋条启动,产生电信号;接下来传送讯号及由脑处理,产生视觉感觉。
只要刺激突然以及剧烈的增加或者减少,视网膜要花费相当数量的时间以适应于这个新能级,在这期间视力是缺乏效能的。
当过渡从黑暗到光亮下条件完全调整适应正常需要的时间是大约1分钟,处于相反的情况的时间大约30秒钟。
调整适应曲线根据亮度不同而定,根据初始很快速的调整以及后续变慢速度标出的一个对数模式图而定。
Visualfield
（1）,preferredvisualfield
（2）andoptimumfieldofvision（3）ofapersonstanding（above）andsitting（centre,below）forverticalvisualtasks.
FrequencyHofangleofsight.forhorizontalvisualtasks.Preferredfieldofvisionbetween15°and40°,preferreddirectionofview25°.
FIGURE4
这个人类视觉范围的图表。
眼睛对发光刺激的灵敏性根据刺激的视网膜的部分不同而变化。
视觉过程从由眼睛收到的刺激的捕捉开始,结束于脑的处理和诠释。
刺激诠释只一部分是与生俱来的,且易受时间增长不断进化和调整。
必须牢记,无论如何,视觉不归属于单一独立的刺激,而在他们的全部所有发光环境的条件中。
一个一如往例光的环境可能会被感觉是恰当或者不足,其根据使用者的需要和行动方式,外部天气条件,每年的不同时间段而感觉不同。
在其它方面，眼睛和脑对照明和亮度的绝对值不特别敏感,而对在这个视觉范围之内值的差别极为敏感。
在空间中光的调制和光的质量在设计中难以去量化;无论如何,真诚制作为成功照明设计的元素。
因此工程师应该主要集中于在”如何做”上面,而非多少量去照亮;在后续的时间才将照样估算照明和亮度的层次的精确规格。
1.3CIEEYE
人类眼睛对射线有不同的敏感程度,根据这后面图表的波长显示。
在1931CIE定义的"平均眼睛"常规特性以及相关的能见度曲线用作照明工程中参考。
射线可能的相关能见度值的识别最大值昼间视力等于波长为555nm和为夜间视力的的波长为507nm。
FIGURE5
相关能见度因素的光谱曲线。
A:
昼间视力
B:
夜间视力
1.4THEORIGINSOFCOLOUR（颜色的原色）
透过在一个玻璃棱柱的一个面上投射一束白光,白色光谱分解成不同波长的部分,其变得可见。
光谱由七种基本颜色形成:
红色,橙色,黄色,绿色,蓝色,靛青蓝色和紫色。
不像听到一样,视觉感觉不允许各种单色光部分的诠释,并且当做为单一颜色感知光束结果。
由于颜色感觉的这个混和影响,能够认为任何给定的颜色被解释为三个基本光谱颜色的特定结合颜色。
CIE收录定义3个基本颜色波长为:
700nm=red（R）
546,1nm=green（G）
435,8nm=blue-violet（B）
白光本身仅仅是这三种基本颜色的特定结合。
1.5BASICPHOTOMETRYQUANTITIES（基本光度测定值）。
按照放射能量描述光,这可能是看来适合属于无线电波的测量,取而代之光照明工程使用从光度学得到的量和方法,和按照视觉刺激作用而非根据绝对值测量。
光度测量的值,不测量以绝对方法在可见光谱中放射的能量的值,而就CIE眼睛光谱灵敏性作为一个相对值而论。
光量测基本量的目录如下:
发光流量,光强度,照度和辉度。
为了帮助理解下面的定义,我们将使用以由点状为基础的光源喷发的光和由喷洒器发发散的水之间的相似之处的例子。
根据这个类似方式能够把光归因于某种材料特性,这否则说明起来困难。
1.6LUMINOUSFLUX（发光流量）
这个测量表达由时间单位中的光源发射的能量的数量。
发光流明的液压等价物是由时间单位中的喷洒器发射的水的数量,和每分钟多少公升测量。
这种发光流量,以流明被测量,通常用符号F表明。
把流明定义为由在半球中心点状的光源在固体单位角之内发射的发光流量,这光强度为在每一个方向相当于1cd。
在国际系统中（I.S.）对用于固体角度测量的单位是球面度（SR）:
1lm=1cdxsr.
由于发光流量涉及由时间单位中的光源源发射的光的量,它与一个能量的单位一致（能量/时间单位）。
FIGURES7-8
1.6.1LUMINOUSINTENSITY（光强度）
这量表达在特定方向发射的发光能量的数量。
把光强度（I）定义为由光源在一个固体角和自身角度之间为极小角度发射发光流量两个之间的比例。
I=df/dw
这里df表示光源在距离为dw的固体角内发射的发光流量。
在液压比喻中,测量由喷洒器在所知尺寸的一个锥形物角度之内发散的水的数量。
其定义符号为I以及其测量单位表示为烛光（cd）。
FIGURES9-10
Luminousintensityemittedbyasource.Thehydraulicequivalentisrepresentedbytheamountofwaterreleasedbyasprinkler,withinanangleconewhosedimensionsareknown.
LuminousintensityisindicatedwiththesymbolIanditsunitofmeasurementisthecandela（cd）.
1.6.2ILLUMINANCE（照度）
它表示撞击一个给定的表面的光的数量。
把照度（E）定义为撞击一个表面和表面的元素范围的发光流量之间的比例。
E=dI/dA
dI表示撞击这个表面的流量以及Da表示被梁量撞击的区域面积。
在液压比喻中,等于是在时间单位中表面上落下的水的数量。
测量的照度单位是一勒克司（lux）,单位的表示为lm/m2。
.
FIGURES11-12
Illuminancelevelonasurface.Thehydraulicequivalentisrepresentedbytheamountofwaterfallingontothesurfaceinquestion,withinthetimeunit.
两个重要几何学推论,从照度的定义获得,这是很有用的可以去了解光在空间中的发散情形。
在点光源情况下,一个表面上照度的水平随光源到平面的距离增大而减少。
如果使光源距离增加一倍所以表面上照明度的水平减小到1/4;-当光束与平面的关系与他们的入射的角垂直,一个表面上照度的水平最高，降低的关系型与其入射角有关,如下式：
L=Lnxcosa
这里L=表面照度,Ln=一般照度值,a=光束与垂直表面线的角度。
FIGURES13-14
Illuminancedecreasesasdistanceincreases.Inthecaseofapoint-shapedsource,thereductionoftheilluminancelevelonasurfacevariesinrelationtothesquareofthedistancefromthesource.
Ifdistancefromthesourceisdoubled,thesurfaceilluminanceleveldecreasestoonequarter.
FIGURE15
Reductionoftheabilitytocapturetheradiationasthesurfacetiltvaries,andrelatedhydraulicequivalent.
1.6.3LUMINANCE（辉度）
量测表示由大光源在观察者方向光发射的数量（不管是主要或二次）。
把辉度（L）定义为如当观察者感知在观察者方向光源的光强度与表面释放的光强度之间的比例。
L=dI/（dA.cosu）
I表示光强度用烛光（candela）表示,A是这个来源地区,cosu是在观察方向和到发散表面这个轴心垂线之间角的余弦。
在液压比喻中,表示为等于按观察者方向在一个表面上弹跳的水的数量。
Luminanceisexpressedincd/m2.
FIGURES16-17
Luminanceofasurface.Thehydraulicequivalentofluminanceistheamountofwaterbouncingoffasurfaceintheviewer’sdirection.
1.7LIGHTPROPAGATION
当光束fi撞击一个一般表面其经历变化;伴随相当数量的光流量fr被反射,而剩下的部分fa以及ft由构成这个表面的材料分别吸收和传递
1.7.1REFLECTION,DIFFUSION,REFRACTION（反射扩散折射）
一个表面的反射系数,或者r,其为被反射的光流量和产生变化的光流量之间的比例。
r=fr/fi
如果由光打了光滑表面,则产生反射作用,当在粗糙表面情况下将变成扩散（漫射）。
在反射光反射中光束的入射角和反射角依照笛凯尔定律,对彼此是共面和角度是相同的。
在漫射情况下根据朗伯定律在空间中同样反射了光束。
在这种情况下在任何方向的光强度ld为光束的光强度ln向该反射表面方向所产生,其g角度的余弦形成为ld的方向与正常到反射表面之间的角度。
Id=Inxcosg
处于实际现实上没有其性质为完美地光滑表面或者扩散,但是单纯表现出一个中间性能的表面,或多或少地类似二个极端的其中之一。
在粗糙的建筑材料上一贯地为光射线漫射,当它由镜面方式和高光滑表面反射模式被反射。
FIG18
透明材料的窗玻璃上的光反射,吸收和穿透。
在一个粗糙材料上穿透的部分是0并且这个吸收的部分通常更重要。
一个特殊材料的吸收系数a是被吸收的发光流量和引发的流量之间的比例。
a=fa/.fi
如果光束撞击一个透明材料,例如玻璃窗玻璃,一部份的元发光流量通过这个面板:
在这种情况下发生的现象叫作光传递（穿透）。
把这个传递系数t定义为传递的流量和原流量之间的比例。
t=ft/fi
当在反射情况下,根据光束通过透明表面的历程,传递也可能区别为介于正常的,混合的或者扩散传递。
正常传递特点为事实上,在经过这个材料以后,光束保留他们的初始方向和发散的特性。
在一个扩散的透明材料情况下传递的射线的发散依据朗伯定律。
根据能量不灭定律,三个系数-穿透性（传递）,反射,和吸收的总和是=1所以ft+fr+fa=fi。
只要光束经过不同密度的两个透明材料,折射的现象发生,并且光束在它的传递的轨道中产生变化过程。
偏差角度取决于光束的入射角和二个介质折射索引表之间的比例,为下面的关系式:
sinar/sinai=n1/n2
ar表示折射的光角度,ai为入射光角度,n1为第一个介质的折射系数值和n2为第二个介质的折射系数值。
FIGURE19
Lambert’slaw.Uniformreflectionandtransmissionofalightbeamonasurface.
FIGURE20
Mixedreflectionandtransmissionofalightbeamonasurface
FIGURE21
Descartes’law.Specularreflection.Thebeams’incidenceandreflectionanglesarealwayscoplanarandequaltoeachother.
1.8MEASURINGINSTRUMENTS（量测仪器）
由光源发射的光射线的测量基于光度学的技术。
我们能够在两种类型的光度学测量之间区分其不同:
-视觉:
把人类眼睛用作"设备"把由参考光源发射的光作比较;。
-物理的:
在光撞击一个物理接收器,例如一个光电流电池,产生可测量电流。
1.8.1LUXMETER照度计
这设备允许照度值的测量。
它由用以勒克司校准的电流计结合的一个光电池组成。
一旦它到达了这个光电池可以把这个光射线转变成电力的阶层,就可以测量了。
能够用颜色的过滤器装备这个装置,其功能是要运用光谱调整使得灵敏性像CIE眼睛那样接近。
这个倾斜的光束到达光电池会产生重要测量错误。
它的一个解决办法是使用扩散球面构造其功能为扩散照射之光束,在光电池表面可以更同构型的配光。
FIGURE22
Representationofthespectraldistributionofthelightemittedbyalamp.
FIGURE23
Aportableluxmeter.Theinstrumentconsistsofaphotocellattachedtoagalvanometercalibratedinlux.Onceitreachesthephotocell,theluminousradiationistransformedintoelectricenergyandthereforebecomesmeasurable.
1.8.2FLUXMETER（流量计）
设备测量由光源发射的发光流量。
目前已知最好的是Ulbricht球,它由空心球组成,其内墙完美地漫射,允许全部光反射。
借助于在半球表面后面上一个小槽的一个光电流电池完成测量。
为了防止电池直接收到由光源发射的光束,在这二之间放置一个漫射屏幕。
FIGURE24
UlbrichtSphereoperationdiagram.TheUlbrichtSphereisahollowspherewhoseinnerwallsareperfectlydiffusing,providingtotallightdiffusion.
1.8.3LUMINANCEMETER（辉度计）
设备测量表面的亮度（辉度）。
由光源发射的光通过这个透镜（A）。
相当数量的光由镜子（B）转向，在此方向有一个棱晶柱（C）传送影像到玻璃盘上。
盘表面（D）处理允许一部份光的通过,穿过一个过滤器系统（E）之后的它到达一个光电池（F），透过光电池以cd/m2的单位量测。
FIG25
Luminancemeteroperation（simplifieddiagram）.
1.8.4COLOURMETER
设备根据CIE色彩系统测量光源的颜色。
设备由三个光电池组成,对应于三种基本颜色的每一个。
尽可能的接近就人类眼睛三种基本颜色而论的能见度曲线的再生响应曲线做描绘。
1.8.5SPECTRORADIOMETER分光仪
这个设备透过测量在光源的光谱分配上在可见范围之内发射能量的光流量信息。
测绘由光源在整个可见范围的定Dg角度中发射的能量流量。
测量出的辐射计值为三个能见度曲线的相对值相乘。
FIGURE26
Relativecoloursensitivitycurvesx（x）,y（y）,z（z）.
1.8.6GONIOPHOTOMETER测角仪
此设备测量由一个照明灯具发射的光强度。
使用光电池测量灯具在各个方向的光强度。
有四个不同测量技术,每一种技术与其不同类型设备一致:
1.光电池固定并且灯具环绕在纵向和横向的轴转动;。
2.光电池沿着一个半球运动而灯具固定不动;。
3.光电池沿着半-圆周运动并且灯具在垂直轴心上运动;。
4.这个光电池及灯具固定，虽然可移动，但总是维持最适当的操作位置。
由转动镜子引导发射的光向光电池。
由计算机台处理测绘所有数据,并且最后使用数字/或者图表的形式输出。
GoniophotometerintheDisanoilluminazionephotometrylaboratory.
1.9DISTRIBUTIONCURVES配光曲线
这个曲线提供由光源发射的光的图表方式描绘。
这图表的值为标准化光源每1000流明的cd值。
在这个设计上由使用者选择光源及其流明值是可能的,并可相应调整图表的值。
测光固体角是空间中（点状）光源发射的光强度的三维描绘。
"配光曲线"透过以平面与这种固体角相交取得,这能够在环绕轴心转动检测测光固体角中的每个点。
CIE的标准根据设定旋转轴心定义平面旋转模式。
1.9.1Polardistributioncurves极性配光曲线
表示灯具的光发散的一种合适方法是透过使用极性图表。
当透过极性坐标描述测光固体角与平面相交时,在其坐标中心与灯具的中心一致,其产生极性配光曲线。
FIGURE28
Representationofthephotometricsolidofanincandescentlamp
1.9.2C-grepresentationsystem代表系统
如果平面的相交线是通过这个测光中心线的垂直线则C-g系统产生。
在图表上的每一个点都与每一个抬升角度G中的cd值一致。
配光曲线涉及横向和纵向的平面,CIE系统中分别为平面C0-C180和C90-C270。
在图表上以实线显示了横向平面,而用虚线表示纵向平面。
能够用极性曲线的C-g系统来用图表表达任何灯具的光强度配光。
FIGURES29-30
Representationofalightingfixture’sdistributioncurves.
1.9.3V-Hrepresentationsystem代表系统
这是用来表示泛光灯光强度配光,这种类型的图表陈述提供光束宽度的更精确的估算的系统，尤其在其光束很狭窄的泛光灯中。
在环绕H平面轴心转动是这个泛光灯的纵向轴心。
这里再次论及光源每1000个流明的cd值,并且两个表示平面通常是横向和纵向的,CIE系统中的角度V为在H=0（实线）和角度H为在V=0（虚线）。
在笛卡儿图表,角度值位于横坐标为零的图表中心且
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