光学与照明基本知识

光学与照明基本知识什么是光?光线和辐射(Light&Radiation)光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在360到830nm之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。光对于生命的意义?怎样的光才能算得上是高质量的?今天，我们找到了光的质量指标:•照度•光效•光的色温•显色性•寿命一、光学基本名词术语1、辐射：由电磁波或粒子发射或传递能量的现象。2、光：通过视觉器官能够引起视觉的辐射。3、闪烁：由于光刺激的周期性变化而产生的亮度或角度的闪动现象。4、眩光：由于时间上、空间上的不适当亮度分布、亮度范围或极端对比等，使视觉不舒适或存在降低视觉能力的视觉条件。眩光分不舒适眩光、失能眩光、失明眩光。5、光源：由于能量的转变而能发光的表面或物体。一般均指人工光源。6、照明：用光的照射为手段，对人们的生活、活动起作用为目的方法，包括用光照使看清物体及其周围；用光照产生信号传递信息；用光照产生气氛来改变人们的感情等等。7、一般照明：设计时不考虑特殊的、局部的重要物体而使作业场或室内某个大区域具有大致均匀照度等级的照明方式。8、局部照明：只对工作需要的小面积或局部区域进行照明的方式。9、配光：光强在各个方向的分布。10、配光曲线：在包含光源的某一平面内，光源各个方向的光强用矢量大小来表示并将矢量端连接起来的曲线。以下为几个最常用的照明术语：光通量光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量单位流明(lm)符号Ø光通量某些实际例子白炽灯Softone75W900lm节能灯SL18W900lm直管荧光灯TL’D”58W/835200lm高压钠灯SONTPlus100W10500lm低压钠灯SOX-E131W26000lm高压汞灯7HPLN1000W58500lmLED光源LT8X25-013A18W1890lm光强Iw光源在给定方向上单位立体角内辐射的光通量单位:坎德拉cd符号:I光强某些实际例子光照度照度E=流明x(设计系数)面积流明面积(m2)单位面积接受到的光通量单位:勒克斯lx符号:E色温：当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的颜色温度Tc，简称色温（CT）单位K（开尔文）各光的色温值色温色温(Tc)2700K炽白色3000K暖白色3500K白色4000K冷白色5000K日光色6500K冷日光色相同色温的光源有相同的颜色表现色温灯泡种类Tc高压钠灯(SON)高压汞灯(HPL)金卤灯(MHN-T)2300K4000K4200K金卤灯(MHD-TD)5600KLED2700-6500K显色性Ra50-79Ra80-89显色指数显色指数质量分类１00~75优75~50一般50以下劣光源的显色指数：是待测光源照射物体是的颜色与参照光源下物体的颜色相符程度的度量光源显色性的质量分类指数（Ra）等级显色性一般应用90-1001A优良需要色彩精确对比的场所80-901B需要色彩正确判断的场所60-792普通需要中等显色性的场所40-593对显色性的要求较低，色差较小的场所20-394较差对显色性无具体要求的场所不同场合对显色指数的要求典型灯泡的显色指数Ra灯泡类型白炽灯100荧光灯卤素灯无极灯高压钠灯(SON)高压汞灯(HPL)金卤灯70-9010080264565-70LED80节能灯65-80光效•光效：光源将电能转化成光能的能力（效率），单位：lm/w•一般光源的光效：金卤灯光源：90lm/w钠灯光源：150lm/w荧光灯光源：80lm/w节能灯光源：80lm/wLED光源：130lm/w白炽灯光源：9lm/w寿命•全寿命：光源从开始使用到不能使用时的累计时间。•有效寿命：光源开始点燃直至光通衰减到初始光通量的某一百分数（一般为70—85%，视光源而异）时累计的时间。•备注：光源的光通量，通常在使用期间渐渐减少变暗，这称为光通量衰减，俗称：光衰。•平均寿命：指每批抽样实验产品的有效寿命的平均值。二、照明光源第二代光源第三代光源第四代光源第一代光源白炽灯1879-1938年成本低，发热大，光效差寿命：800小时荧光灯1938-1990有毒，多色，光效一般，价格高寿命：1500小时HID灯1990-至今有毒，光效较高，搭配困难寿命达8000小时LED灯90年代-至今安全，节能，光效好，发热小，无毒。寿命达50000小时光源的分类1.以放电类型分类辉光放电,弧光放电……2.以工作气压分类低气压,高气压,超高气压……3.以工作气体种类分类汞灯,荧光灯,惰性气体,金属蒸汽……4.按用途分类5.按灯种类分按发光原理热辐射光源气体放电光源电光源固体光源类气体放电灯类热辐射白炽灯(普灯)卤素灯荧光灯类高强度气体放电灯(HID)类无极灯高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯直管/环形日光灯紧凑型节能灯发光二极管(LED)玻壳•清光型,钠钙玻璃•也有磨沙型，乳白型，彩泡型，镜面反射型•起保护钨丝作用填充气体•减少钨的蒸发率•惰性气体(Ar,N2)灯丝•钨丝,发光体灯座引线1、白炽灯白炽灯的历史•1854年，德国钟表匠JohannHeinrichGoebel发明了电灯􀂄•1879年，托马斯.爱迪生对灯泡进行研发并推广成为实用产品•普通的白炽灯仍然是颇受欢迎的电光源产品。它的光线能创造出温馨的照明气氛。白炽灯的特点安装，工作较为容易简单无需辅助电气元件初期投入较少显色性较好Ra=100产生暖色调光环境Tc=2800K存在不够明亮的可能灯的光效较差:9流明/瓦平均寿命较短(1000hrs)产生大量的热灯寿命易受电压波动影响卤钨灯在白炽灯的石英玻壳中充入适量的卤素后，因卤钨循环或钨的循环，使钨丝的使用寿命延长，且灯具的体积小、光效高、光输出稳定，与气体放电灯相比不需要任何的电器附件，使用方便。碘化物，碘钨灯；溴化物，溴钨灯。2700~3400K。20~30lm/W卤钨灯在工矿企业、建筑行业（管型卤钨灯）的大面积照明方面获得广泛应用。且特别适用于电视转播照明、摄影、建筑物的泛光照明等。2、低压汞蒸气放电灯-荧光灯荧光灯和低压汞蒸气放电工作原理紫外辐射可见光荧光粉汞原子电子电极荧光灯附件电气附件镇流器和启辉器直管型荧光灯紧凑型荧光灯环形型荧光灯分类直径瓦数灯头备注直形管T412.5mm三基色粉接近节能灯普通灯管直径T516mm6w,8w,13w,4w(不常用）G5卤粉三基色粉光通亮接近T8T826mm10w,15w,18/20w,30w,36/40wG13卤粉较传统T1034mm20w,30w,40wG13卤粉较传统环形管T930.9mm20w,22w,30w,32w,40wG10q卤粉三基色粉T621mm22w,32w,55w三基色粉T516mm22w,28w,32w,36w,40w三基色粉T412.5mm8w,10w,12w,16w三基色粉•1.节能灯管部件•2.电子镇流器部件•3.灯头和塑件•2U系列5w–15w•3U系列15w-28w•4U系列大功率28w–45w•螺旋节能灯系列•环形系列•球形、梨形2U或者3U+灯罩3、QL无极感应灯原理：高频电源通过感应线圈耦合，在放电管中产生交变电磁场，从而使放电管中气体电离和激发，频率足够高时，放电管无需电极存在，放电能持续，稳定进行。高频发生器荧光球泡高频耦合棒三大部件•高频发生器•高频耦合棒•荧光球泡无极感应灯无极感应灯参数4、高压钠灯高压钠灯是一种、高发光效率的气体放电灯，在广场、道路、车站、码头等大面积照明场所获得广泛应用。高压钠灯的特点：1、启动电压高，启动时间长，冷启动时间为3~5分钟，热启动需8~15分钟。2、需触发器点灯。3、显色指数只有Ra=25~30。4、寿命可达15000~25000小时。5、光效最高可达120lm/w。6、高压钠灯所发射出的光是波长为589.0nm和589.6nm的单色光。这两条黄色谱线的位置靠近人眼最灵敏的波长为555.nm的绿色谱线，因此视见分辨率高，对比度好，适用于道路、桥梁、隧道等高能见度和显色性要求不高的地方。6、金卤灯•金卤灯是一种在高压汞灯内添加某些金属卤化物，能达到提高光效、改善光色的目的，因为充填的物质是金属卤化物，所以这种灯被称为金属卤化物灯。•添加物为金属卤化物和汞•提高颜色特性•金属离子产生辐射•汞元素调节电弧电压和温度金卤灯的特性1、启动电压比高压汞灯高，启动时间长，冷启动时间为3~5分钟，热启动需8~15分钟。2、需触发器点灯。3、显色指数可达到Ra=65~90。4、寿命可达15000~20000小时。5、光效可达90lm/w。单端金卤灯双端金卤灯陶瓷金卤灯高压钠灯/金卤灯的工作原理典型工作电路•外置电子触发器用以启动I镇流器电源镇流器、触发器、电容高压气体放电灯的主要附件及其作用◎触发器通电后产生脉冲高电压点燃光源，当灯具点燃后停止工作。由于高压汞等灯、高压钠灯及金卤灯等高压气体放电灯在工作的过程中，光源两端的电压不断下降、电流不断上升，直致光源被烧毁。所以，要保证光源能长时间的正常工作，就必须把光源的工作电流限制在一定范围内，通常情况下采用电感镇流器来实现此功能。◎镇流器由于使用了电感镇流器，工作时使得电路中产生了无功功率，所以必须在电路中增加电容进行功率补偿，以此提高功率因数。◎电容8、LED–21世纪照明新光源LED发展史1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生，它是用锗材料作成的可发出红外光的LED。1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使镓砷磷器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。到了1971年，业界又推出了具有相同效率的磷化镓绿色芯片LED。80年代早期的重大技术突破是开发出了铝镓砷LED，它能以每瓦10流明的发光效率发红光1994年，中村修二在氮化镓基片上研制出了第一只蓝色发光二级管从20世纪90年代中期开始，许多广告、体育和娱乐场所开始应用LED大屏幕显示。现在白光LED的发光效率已经达到130lm/W，实验室研究成果甚至可达到300lm/W体积小耗电量低使用寿命长可工作在高速状态环保显色性好响应速度快高纯度、色彩丰富可控性大方向性强采用直压供电，安全可靠防震性好选择LED的五大原因：-节能-减少光害-节约原物料成本-节约维护成本-保护环境LED发光原理灯珠的结构：按封装分类：一、插件灯珠二、贴片灯珠三、大功率灯珠四、COB封装灯珠即传统的直插式LED发光二极管，以插脚可分为两只角的，三只角的，四只角的等。按灯珠外形还可分为草帽跟食人鱼两大类。草帽LED又可按灯头的尺寸细分为Ø3（灯头的直径是3mm），Ø5（灯头直径是是5mm）；或按灯头的形状细分为无边、薄边、厚边、圆头等，按灯头透明与否可分为透明，雾状等。食人鱼LED同样可以按灯头的尺寸分为Ø3，Ø5，按灯头的形状分为圆头（即最常见的食人鱼灯）、平头等。插件结构：贴片灯珠也就是俗称的SMD，是插件灯珠的改进产品，灯珠的体积更加小巧了，无针脚是焊锡更加方便，而贴片机的出现使人们告别了焊锡丝的困扰。按放光方向分侧面发光和正面发光。正面发光的有1206、1204、0805、0603、5050、3528、3014等，侧面发光的有335、020、215等。贴片灯珠：正向电流=30mA电压=2.8-3.6显色指数=65-85光通量=9-12LM功率=0.1W寿命50000小时尺寸=3.0×1.4×0.8mm3528灯珠是SMD表面贴装二极管的一种规格类型。产品尺寸为：3.5(长)×2.8(宽)×1.9(厚)mm光衰小，LED工作后，20MA正常连续点亮，亮度会逐渐增加，至1500小时左右，亮度增加12%；10000小时，光衰低于25%贴片最大可通过电流为40MA，正常20MA，30MA点亮不影响光衰电流越大，电压越高，温度越高。正向使用电流是60mA，反向电压最大不能超过5V，工作温度：-35～+60℃功率：0.18W此款白光参数：1、电流：43-46mA；最大使用电