光学与照明基本知识ppt课件.ppt

什么是光什么是光? ?光线和辐射光线和辐射(Light & Radiation)(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。光对于生命的意义光对于生命的意义? ?怎样的光才能算得上是高质量的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今天，我们找到了光的质量指标: : 照度照度 光效光效 光的色温光的色温 显色性显色性 寿命寿命一、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： 光通量光通量光源在单位时间内发出的光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量光量称为光源光通量单位单位 流明流明 (lm)符号符号 光通量光通量某些实际例子某些实际例子白炽灯白炽灯 Softone 75 W 900lm 节能灯节能灯 SL 18 W 900 lm 直管荧光灯直管荧光灯 TLD” 58W/83 5200lm 高压钠灯高压钠灯 SONT Plus 100W 10500 lm 低压钠灯低压钠灯 SOX-E 131 W 26 000 lm 高压汞灯高压汞灯 7 HPLN 1000W 58500 lm LED 光源光源 LT8X25-013A 18W 1890lm 光强光强Iw光源在给定方向上光源在给定方向上单位立体角内辐射单位立体角内辐射的光通量的光通量单位单位 : 坎德拉坎德拉 cd符号符号 : I光强光强某些实际例子某些实际例子光照度光照度照度照度流明流明面积面积( m2 )单位面积接受到的光通量单位面积接受到的光通量单位单位 : 勒克斯勒克斯lx符号符号 : E色温：当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度色温：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颜色温度TcTc，简称色温（，简称色温（CTCT）单位）单位K K（开尔文开尔文） 各光的色温值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相同色温的光源有相同的颜色表现色温色温灯泡种类灯泡种类Tc高压钠灯高压钠灯(SON)高压汞灯高压汞灯(HPL)金卤灯金卤灯 (MHN-T)2300K4000K4200K金卤灯金卤灯 (MHD-TD)5600KLED2700-6500K显色性显色性Ra 50-79Ra 80-89显色指数 显色指数 质量分类 0075 优 7550 一般 50以下 劣指数（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典型灯泡的显色指数Ra灯泡类型灯泡类型 白炽灯白炽灯100荧光灯荧光灯卤素灯卤素灯无极灯无极灯高压钠灯高压钠灯(SON)高压汞灯高压汞灯(HPL)金卤灯金卤灯70-9010080264565-70LED80节能灯节能灯65-80光效光效 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/w LED光源 ：130lm/w 白炽灯光源：9lm/w寿命寿命 全寿命：光源从开始使用到不能使用时的累计时间。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（一般为百分数（一般为7085%，视光源而异）时累计的时间。，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。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。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w玻壳玻壳 清光型清光型, 钠钙玻璃钠钙玻璃 也有磨沙型，乳白型，彩泡型，镜面反射型也有磨沙型，乳白型，彩泡型，镜面反射型 起保护钨丝作用起保护钨丝作用w填充气体填充气体 减少钨的蒸发率减少钨的蒸发率 惰性气体惰性气体(Ar , N2)w灯丝灯丝 钨丝钨丝, 发光体发光体w灯座灯座w引线引线白炽灯的历史1854年，德国钟表匠年，德国钟表匠Johann Heinrich Goebel 发明了电灯发明了电灯1879年，托马斯年，托马斯.爱迪生对灯泡进行研发并推广成为实用产品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。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w 安装，工作较为容易简单安装，工作较为容易简单w 无需辅助电气元件无需辅助电气元件 w 初期投入较少初期投入较少w 显色性较好显色性较好Ra = 100w 产生暖色调光环境产生暖色调光环境w Tc= 2800Kw 存在不够明亮的可能存在不够明亮的可能w灯的光效较差灯的光效较差 :9流明流明/瓦瓦w平均寿命较短平均寿命较短( 1000 hrs)w产生大量产生大量 的热的热w 灯寿命易受电压波动影响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。 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 -荧光灯荧光灯荧光灯和低压汞蒸气放电工作原理荧光灯和低压汞蒸气放电工作原理荧光灯附件电气附件电气附件镇流器和启辉器镇流器和启辉器分类分类直直 径径瓦瓦 数数灯灯 头头备备 注注直形管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 15w3U系列 15w- 28w4U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 3、QL QL 无极感应灯无极感应灯高频发生器荧光球泡高频耦合棒高频耦合棒三大部件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无极感应灯参数4、高压钠灯 高压钠灯是一高压钠灯是一种、高发光效种、高发光效率的气体放电率的气体放电灯，在广场、灯，在广场、道路、车站、道路、车站、码头等大面积码头等大面积照明场所获得照明场所获得广泛应用广泛应用。高压钠灯高压钠灯的特点：的特点：1、启动电压高，启动时间长，冷启动时间为、启动电压高，启动时间长，冷启动时间为35分钟，热启动需分钟，热启动需815分钟。分钟。2、需触发器点灯。、需触发器点灯。3、显色指数只有、显色指数只有Ra=2530。4、寿命可达、寿命可达1500025000小时。小时。5、光效最高可达、光效最高可达120lm/w。 6、 高压钠灯所发射出的光是波长为高压钠灯所发射出的光是波长为589.0nm和和589.6nm的单色光。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。能见度和显色性要求不高的地方。6、金卤灯、金卤灯金卤灯是一种在高压汞灯内添金卤灯是一种在高压汞灯内添加某些金属卤化物，能达到提加某些金属卤化物，能达到提高光效、改善光色的目的，因高光效、改善光色的目的，因为充填的物质是金属卤化物，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所以这种灯被称为金属卤化物灯。灯。添加物为金属卤化物和汞添加物为金属卤化物和汞 提高颜色特性提高颜色特性金属离子产生辐射金属离子产生辐射汞元素调节电弧电压和温度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35分钟，热启动需815分钟。2、需触发器点灯。3、显色指数可达到Ra=6590。4、寿命可达1500020000小时。5、光效可达90lm/w。高压钠灯高压钠灯/金卤灯的工作原理金卤灯的工作原理典型工作电路典型工作电路 外置电子触发器用以启动I镇流器 电源 镇流器、触发器、电容镇流器、触发器、电容高压气体放电灯的主要附件及其作用高压气体放电灯的主要附件及其作用 触发器触发器 通电后产生脉冲高电压点燃光源，当灯具点燃后停止工作。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。流器来实现此功能。 镇流器镇流器 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。须在电路中增加电容进行功率补偿，以此提高功率因数。 电容电容8、LED 21世纪照明新光源世纪照明新光源性能参数热辐射光源气体放电光源固态光源白炽灯卤钨灯荧光灯无极荧光灯高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯LED白光光效（Lm/W）10-1518-2540-8070-8044-2912080-10080-130显色指数Ra99-10099-10060-9080-9030-5020-2560-9070-90相关色温（K） 2500-29002800-33002700-65002700-650055001900-2800 3000-6500 2500-6500平均寿命（h）10001500-40003000-15000600006000-10000 8000-240006000-1000050000眩光中低高低低高高高中频闪效应无无低频时重高频时低无重重重无启动时间瞬时瞬时1-5秒瞬时4-8分4-8分4-8分瞬时再启动时间瞬时瞬时瞬时瞬时5-10分10-20分5-15分瞬时灯具温度高高低低高高高较低耐震性能差较差较好较好较好较好较好好安装维护方便方便较方便方便较方便不方便不方便较方便各光源性能对比表公司名公司名简介简介1.NICHIA日亚化学，著名LED芯片制造商，日本公司，成立于1956年，开发出世界第一颗蓝色LED(1993年) ,世界第一颗纯绿LED。2,CREE著名LED芯片制造商，美国公司，产品以碳化硅(SiC),氮化镓(GaN),硅(Si)及相关的化合物为基础,包括蓝,绿,紫外发光二极管(LED),近紫外激光,射频(RF)及微波器件,功率开关器件及适用于生产及科研的碳化硅(SiC)晶圆片。3,OSRAMOSRAM 是世界第二大光电半导体制造商，产品有照明，传感器，和影像处理器。公司总部位于德国，研发和制造基地在马来西亚。OSRAM最出名的产品是LED，长度仅几个毫米，有多种颜色，低功耗，寿命长。4、ToyodaGosei丰田合成，总部位于日本爱知，生产汽车部件和LED，LED约占收入10%,丰田合成与东芝所共同开发的白光LED，是采用紫外光LED与萤光体组合的方式，与一般蓝光LED与萤光体组合的方式不同。5、Agilent（安捷伦）作为世界领先的LED供应商，其产品为汽车、电子信息板及交通讯号灯工业设备、蜂窝电话及消费产品等为数众多的产品提供高效、可靠的光源。这些元件的高可靠性通常可保证在设备使用寿命期间不用再更换光源。安捷伦低成本的点阵LED显示器、品种繁多的七段码显示器及安捷伦LED光条系列产品都有多种封装及颜色供选择。6,TOSHIBA东芝半导体是汽车用LED的主要供货商，特别是仪表盘背光，车子电台，导航系统，气候控制等单元。使用的技术是InGaAlP，波长从560nm（pure green）到630nm（red）。7,LUMILEDSLumileds Lighting是全球大功率LED和固体照明的领导厂商，其产品广泛用于照明，电视，交通信号和通用照明，Luxeon Power Light Sources是其专利产品，结合了传统灯具和LED的小尺寸，长寿命的特点。还提供各种LED晶片和LED封装，有红，绿，蓝，琥珀，白等LED. Lumileds Lighting总部在美国，工厂位于荷兰，日本，马来西亚，由安捷伦和飞利浦合资组建于1999年，2005年飞利浦完全收购了该公司。8,SSC（首尔半导体）主要业务乃生产全线LED组装及定制模组产品，包括采用交流电驱动的半导体光源产品如：Acriche、侧光LED、顶光LED、切片LED、插件LED及食人鱼(超强光)LED等。三、照明灯具的光学特性及灯具分类灯具定义定义 :灯具是这样一种器具，它对从一个或多个光源发出的灯具是这样一种器具，它对从一个或多个光源发出的光线进行重新光线进行重新分配分配,滤光或转换滤光或转换 。它除包含灯泡外，。它除包含灯泡外，还包含固定和保护灯泡所必备的元件，连接灯泡和供还包含固定和保护灯泡所必备的元件，连接灯泡和供电线路的辅助电路设备等。电线路的辅助电路设备等。灯具的主要 光学特性灯具的主要光学特性有：1、发光强度的空间分布：也即是配光曲线，它是决定使用场所、布灯方案和进行照明计算的基本依据。2、灯具效率：指灯具对灯具光源光通量的利用程度，它是指从灯具发出的光通量与灯具内所有裸光源的总光通量之比。一般不得低于5065%。3、遮光角：是指从光源下端与灯具下端连线同水平线之间的夹角。它的限值取决于限制直接眩光的质量等级和光源的亮度。灯具的遮光角一般要求1030。1、 要想按照我们的意志控制光线（滤光，转换，重新分配），就要想按照我们的意志控制光线（滤光，转换，重新分配），就必须要有光控元件必须要有光控元件 ，下列为灯具中常用的光学器件，下列为灯具中常用的光学器件w反射器件反射器件w折射器件折射器件w漫射器件漫射器件w滤光器件滤光器件w屏蔽器件屏蔽器件反射器件不同镜面材料的反射率材料材料 加工加工 反射率反射率铝面 磨光和电镀 0.7镀铝金属面:高纯铝 磨光和电镀 0.8银面 磨光和电镀0.9玻璃和塑胶 覆铝0.85-0.88铬 磨光 0.65不锈钢 磨光 0.60定向反射：定向反射：无光源的镜面象无光源的镜面象适度的视觉控制适度的视觉控制:光束柔和光束柔和锤打，腐蚀，刷漆的普通镜面反射锤打，腐蚀，刷漆的普通镜面反射通常为散反射通常为散反射任何方向都有散射光任何方向都有散射光无精确的光线控制无精确的光线控制无光泽的磨光金属或油漆面是最普通的无光泽的磨光金属或油漆面是最普通的漫反射表面漫反射表面发射器外型不是很重要发射器外型不是很重要反射器越深反射器越深 , 光线间的相互作用以及吸光线间的相互作用以及吸收作用越大，效率越低。收作用越大，效率越低。漫反射：漫反射：外形各异的反射器件 反射器件的形状决定了光束图案反射器件的形状决定了光束图案 平面反射器平面反射器: 通常用于装饰型灯具，主要用于图象的反射而非光线的控制外形各异的反射器件 反射器件的形状决定了光束图案反射器件的形状决定了光束图案 抛物线反射器抛物线反射器 点光源放置在焦点位点光源放置在焦点位置将产生平行光束置将产生平行光束外形各异的反射器件 点光源从焦点位置外移将产生会聚性光束，点光源从焦点位置外移将产生会聚性光束，内移将产生发散性光束内移将产生发散性光束有具体尺寸的光源位于有具体尺寸的光源位于焦点将产生不同的散射焦点将产生不同的散射光束，其决定于入射点光束，其决定于入射点到光源的距离到光源的距离外形各异的反射器件 要达到精确的光束控制要达到精确的光束控制 , 灯泡在反射器中的相对位置非常重要。如果位灯泡在反射器中的相对位置非常重要。如果位置有偏差，则光分布将完全不同置有偏差，则光分布将完全不同外形各异的反射器件 平滑面反射器和小平面反射平滑面反射器和小平面反射器器平滑面反射器平滑面反射器 : 窄光束小平面反射器小平面反射器 : 光束较宽外形各异的反射器件 球形反射器和抛物线反射器的结合将产生非对称光束分布球形反射器和抛物线反射器的结合将产生非对称光束分布外围光束强度将比外围光束强度将比中心光束强度要高中心光束强度要高折射器件折射器件 利用光的折射原理将透光材料做成灯具元件，改变光线前进方向，获得合理的光分布。透镜透镜（a）凸透镜）凸透镜（b）凹透镜）凹透镜折射器件菲涅耳透镜原理菲涅耳透镜原理（a）平凸透镜（）平凸透镜（b）菲涅耳透镜）菲涅耳透镜折射器件通过光折射产生光分布材料通常为聚苯乙烯或丙烯酸聚合物遮光器件遮光器件遮光装置的作用是减少眩光遮光装置的作用是减少眩光遮光装置遮光装置:挡板和百叶挡板和百叶: 通常用于荧光灯灯具遮光角遮光角 : 是指照明器出光沿口遮蔽光源体使之完全看不见的方位与水平线的夹角.内置格栅内置格栅:位于灯泡上方的小水平位于灯泡上方的小水平平面，用于泛光灯。平面，用于泛光灯。 采用一些遮光器件，附加到灯具上去，从而达到增大灯具保护角，达到减少眩光的目的。 常用的遮光器的结构 2、灯具的分类 灯具有成千上万种，分类方法也多种多样. 如按其用途来分类，有民用灯具、工矿灯具、舞台灯具、车船灯具、防爆灯具和路灯灯具等. 倘若按其安装方式来分类，则有嵌入式、吸顶式、悬挂式、落地式和移动式等.按防触电类型分可分为0类、类、类、类灯具。工业类灯具中又可分为高顶灯、泛光灯、投光灯、三防灯等。灯具等级灯具主要性能应用说明 0类 保护依赖基本绝缘在易触及的部分及外壳和带电体间的绝缘 适用安全程度高的场合，且灯具安装、维护方便. 如空气干燥、尘埃少、木地板等条件下的吊灯、吸顶灯类 除基本绝缘外，易触及的部分及外壳有接地装置，一旦基本绝缘失效时，不致有危险用于金属外壳灯具，如投光灯、路灯、庭院灯等，提高安全程度类除基本绝缘，还有补充绝缘，做成双重绝缘或加强绝缘，提高安全性绝缘性好，安全程度高，适用于环境差、人经常触摸的灯具，如台灯、手提灯等类采用特低安全电压（交流有效值50 V），且灯内不会产生高于此值的电压灯具安全程度最高，用于恶劣环境，如机床工作灯、儿童用灯等 灯具的防触电保护分类灯具的防触电保护分类目前采用特征字母IP后面跟两个数字来表示灯具的防尘、防水等级. 第1个数字表示对人、固体异物或尘埃的防护能力，第2个数字表示对水的防护能力，见下表 ：第一位特征数字说 明含 义0无防护没有特别的防护1防护大于50 mm的固体异物人体某一大面积部分，如手（但不防护有意识的接近），直径大于50 mm的固体异物 2防护大于12 mm的固体异物手指或类似物，长度不超过80 mm、直径大于12 mm的固体异物3防护大于2.5 mm的固体异物 直径或厚度大于2.5 mm的工具、电线等，直径大于2.5 mm的固体异物4防护大于1 mm的固体异物厚度大于1 mm的线材或条片，直径大于1 mm的固体异物5防尘 不能完全防止灰尘进入，但进入量不能达到妨碍设备正常工作的程度6尘密无尘埃进入防护等级特征字母防护等级特征字母IP后面数字的意义后面数字的意义 第二位特征数字说 明 含 义0无防护 没有特别的防护 1防滴 滴水（垂直滴水）应没有影响 215防滴 当外壳从正常位置倾斜不大于15以内时，垂直滴水无有害影响3防淋水 与垂直线成60范围内的淋水无影响 4防溅水 任何方向上的溅水无有害影响 5防喷水 任何方向上的喷水无有害影响 6防猛烈海浪 经猛烈海浪或经猛烈喷水后，进入外壳的水量不致达到有害程度 7防浸水 浸入规定水压的水中，经规定时间后，进入外壳的水量不会达到有害程度 8防潜水 能按制造厂规定的要求长期潜水 续上表续上表NEMA光束角（光束角（）光束特征光束特征NN130宽宽投光灯的投光灯的NEMANEMA分类分类谢谢大家！祝工作、生活愉快！