《照明基础》课件

照明基础了解照明的基本原理和应用为照明设计奠定基础从光源、光学、电器等,方面全面探讨照明技术的基础知识作者M M课程大纲光的基础知识视觉生理学探讨光的波动性质、传播特性、了解人眼对光的感知机理、色反射和折射等基本物理概念彩视觉理论以及视觉缺陷光的量度与单位光源特性分析掌握光通量、光强、照度和亮深入了解各类光源的结构、性度等光学基本量及其单位能、能效和光谱特性光的基础知识光的粒子性光的波动性光速常数光具有粒子性可以视为由小粒子光子组光也具有波动性可以描述为电磁波光光在真空中的传播速度是一个常数称为,,,成能量量子化光子具有动量和能量能波具有波长、频率、振幅等波动特性并光速其数值约为米秒光速是宇,,,,3×10^8/与物质发生各种相互作用遵循波动现象如衍射、干涉等宙中最快的速度是许多物理定律的基础,光的波动性质波动理论干涉现象衍射效应偏振光是一种电磁波具有波动的光波在传播过程中可以发生光波在遇到障碍物或缝隙时光波具有电磁矢量的振动方,性质光波能传播能量和信干涉当两束光波叠加时会形会发生衍射现象产生衍射图向可以通过偏振片等方法调,,,息并且具有频率、波长和速成明暗相间的干涉图案这是案这反映了光波能绕过障控光波的偏振状态这在光学,,,度等基本特性波动性质的重要表现碍物传播的特性应用中很重要光的传播特性直线传播衰减和吸收12光在均匀介质中沿直线传播光在传播过程中会逐渐减弱,,不会改变方向这是光最基这是由于光被物质吸收或散本的传播特性射所导致的折射和反射干涉和衍射34当光从一种介质进入另一种光具有波动性质会产生干涉,介质时会发生折射现象同和衍射现象这些是光的重要,,时光也会发生反射特性光的反射和折射光的反射光线遇到物体表面会发生反射,反射角等于入射角镜面反射和漫反射是两种常见的反射方式光的折射当光线从一种介质进入另一种介质时,会发生折射折射角依赖于两种介质的折射率斯涅耳定律斯涅耳定律描述了光线在两种不同介质之间的折射关系,为理解光的折射提供了基础光的衍射和干涉衍射效应干涉现象应用领域当光遇到障碍物或小孔时会当两束相干光线叠加时会形衍射和干涉效应广泛应用于,,发生衍射现象光线会发生偏成明暗相间的干涉条纹这光学领域如全息摄影、光栅,,折和扩散这是由于光波的是由于光波的相互作用造成光谱仪、激光干涉仪等波动性质造成的的反映了光的波动性质,光的颜色概念光谱组成三原色理论光由不同波长的电磁辐射组人眼通过感受红、绿、蓝三成每种波长对应不同的颜色种原色的混合可以感知各种,,,构成光的可见光谱不同的颜色色彩描述颜色可以用色相、饱和度和明度三个基本属性来描述和表现光谱和色温光谱色温光源色温光谱是可见光通过棱镜分解后显示的一色温是用来描述光源颜色特性的物理量不同类型的光源会有不同的色温特性系列颜色不同波长的光会呈现出不同数值越高表示光源颜色越偏蓝白色数值例如白炽灯的色温较低呈现暖黄光而荧,,,的颜色光谱能反映光源的辐射特性越低则越偏暖黄色光灯和则色温较高LED视觉生理学基础眼睛的结构视觉感受过程人眼由角膜、虹膜、晶状体、光线照射到视网膜上激发视细,视网膜等部分组成负责将光信胞产生电信号通过视神经传送,,号转化为神经信号传递给大脑到大脑皮层大脑处理这些信号,,进行视觉处理从而产生视觉感受视觉系统的构成视觉特性分类视觉系统包括眼球、视神经和视觉特性包括视敏度、视力、大脑视觉皮层三者协调运作才对比敏感度、色觉等不同特性,,能实现完整的视觉过程反映了人眼的不同功能人眼对光的感知视网膜感应神经传导人类的视觉系统由眼球的视网膜感这些电信号通过视神经被传递到大受光信号并转换为电信号脑视觉皮质形成我们的视觉感受,光强感知色彩感知视网膜上的感光细胞能感知不同强视网膜上的不同类型感光细胞能感度的光线产生不同的电信号知不同波长的光线形成我们的色彩,,感受色觉理论及缺陷三色理论对色觉缺陷的解释基于对色信号的加工异质性的色觉机制人眼视觉基于三种感光细胞色觉缺陷是由于感光细胞缺视觉皮层对视网膜传来的色除了三色理论外人眼还存在,红、绿、蓝的激发强度失或功能异常所导致的完觉信号进行复杂的加工处理基于亮度对比和色彩对比的,它可以解释正常人的色觉但全缺失某种感光细胞会引起才产生我们感知到的丰富多视觉通道丰富了人类的色觉,,无法解释色盲和色弱等现象色盲部分功能缺陷则导致色彩的视觉世界体验,弱光的单位和量度基本单位衍生单位光学量的基本单位包括光通量此外还有光能（焦耳）、辐射（流明）、光强（坎德拉）、能（瓦特）、辐射通量（瓦特）照度（勒克斯）和亮度（尼特）等衍生单位等量度方法单位换算光学量的测量需要利用专业仪不同单位之间需要进行换算如,1器设备如照度计、亮度计等以勒克斯流明平方米以确保数,,=1/,确保结果的准确性和可靠性据的一致性光通量和光强光通量光源发出的总光量以流明（）lm为单位，反映了光源的发光能力光强光源在特定方向上的发光强度以坎德拉（）为单位，反映了cd光源在某个方向的发光能力光通量和光强都是衡量光源发光性能的重要指标前者代表整体发光能力后,,者代表特定方向的发光强度其关系类似于水流的总量和压力大小了解两者的区别有利于正确选择和使用不同光源照度和亮度概念照度亮度12照度是衡量光在一个表面上亮度是衡量光源自身发光能的强度，单位为勒克斯，力的指标，单位为尼特lx反映了光源的光通量在单位，反映了人眼对光源cd/m²面积上的分布情况的视觉感受区别3照度关注光源照射到表面的光量，亮度则关注人眼对光源自发光的感受，两者相互关联但定义不同光源的基本特性光源结构光强分布发光效率光源由发光元件、电极、外壳等部件组光源的光强分布特性决定了照明光束的发光效率是光源将电能转化为光能的能成不同光源的结构设计会影响其性能形状和均匀性这是评判光源性能的重力效率越高光源越节能,要指标常见光源种类白炽灯荧光灯通过电流加热金属丝发光的传统光利用电子束激发荧光粉发光的气体源，能效较低但使用简单放电灯，具有较高的能效灯高强度放电灯LED利用半导体材料的电致发光效应产利用金属蒸汽放电产生高亮度光的生光的新型光源，能效高且使用寿特殊光源，常应用于工业和户外照命长明白炽灯和卤素灯白炽灯是最早和最常见的电光源之一它通过导电丝加热发光的原理工作,光谱偏向红外线,色温较低,通常在2700K左右卤素灯是白炽灯的改良版,加入了卤素气体可以延长灯丝的使用寿命和提高光效相比白炽灯,卤素灯的色温更高,可达3000K以上,更接近日光荧光灯和气体放电灯荧光灯和气体放电灯是常见的人工光源之一它们通过电子在气体中激发发光物质来产生光线这种发光方式使它们具有高光效、长寿命和色彩丰富等优点广泛应用于室内外照明领域,不同种类的气体放电灯有着各自的特点如低压钠灯具有高效能而色温较低,,汞蒸气灯则有较高的色温而现代的电子镇流器能够更好地控制这些光源的性能和使用效果和新型光源LED作为发光二极管是一种高效节能的新型光源具有体积小、LED,耐用、色彩丰富等优点除外有机、电致发光等新型LED,LED光源技术正在不断发展广泛应用于室内外照明、显示屏幕等,领域这些新型光源具有更高的光效、更长的使用寿命为照,明技术带来了革新光源的能效和寿命200100K额定寿命灯寿命LED小型室内光源的典型寿命LED光源可达到超长的使用寿命12020%光效节能比例lm/W现代高效LED光源可达到的光效LED照明相比传统灯具的节能效果选用高光效、长寿命的光源是照明节能的关键LED光源可达到超过10万小时的使用寿命,并有120lm/W的光效,相比传统白炽灯可节能达20%以上,大幅降低运营成本光源的色彩特性色温显色性指数色温描述了光源辐射的颜色外观,用开尔文K为单位测量,从暖描述光源对物体本来颜色的还原能力,从0到100分较高的显色到冷色呈现色温范围色性有助于颜色还原自然光谱分布调色性不同光源发射的光谱分布各不相同,决定了其色彩特性连续光源的光谱特性可以通过特殊设计进行调控,使其色温和显色光谱和线状光谱有不同的色彩表现性满足特定应用需求光源的光谱分布全波段光谱连续性光谱光源的光谱分布反映了其发射白炽灯和某些光源能够发LED的光线包含哪些波长理想的射连续的光谱覆盖整个可见光,白光光源应该覆盖整个可见光区域这样的光源能够还原自波段然光线性光谱光谱转换气体放电灯如荧光灯发射的是某些新型光源如通过光谱LED线性光谱只包含特定的几种波转换技术能更好地模拟连续性,,长这种光源的色温和显色性光谱提高显色性,较差光源的调光控制调光技术调光效果调光控制器调光系统集成调光技术能够控制光源的亮调光不仅可以节约能源还能调光控制器是实现光源调光先进的调光系统能够将光源、,度从而实现照明环境的灵活创造出舒适的照明氛围适用的核心设备能够精准控制光传感器和控制器集成在一起,,,,性常见的调光方式包括电于家居、办公和商业场所源的亮度常见的控制器包实现照明环境的智能调节提,阻调光、相位调光和数字调同时还能实现光源颜色温度括遥控器、开关面板和智能高能源利用效率光等的调整手机应用等日光照明系统天窗和采光设计1通过合理的窗户和天窗设计,可以最大限度地利用自然光,提高室内光照质量遮阳系统2窗帘、百叶窗等遮阳设施可以控制自然光的进入,减少过度照明和遮挡视线反射系统3利用反射板和反射镜等,可以将自然光引导至室内深处,提高整体照明效果室内照明设计基础合理布置灯具根据室内空间大小、使用功能及自然采光等因素,合理规划灯具布置,达到整体照明均匀选择适合光源考虑灯具的光通量、色温、演色性等指标,选用符合空间需求的光源类型优化照明效果利用调光系统、反射照明等技术,营造富有层次的光环境,满足功能性和美学需求节能环保设计采用高效节能的LED光源和智能控制系统,减少能源消耗及碳排放室外照明应用案例城市街道照明是室外照明的重要应用之一优质的路灯系统可以有效提高夜间的能见度和安全性同时也能营造舒适的夜间氛围,公园、广场和景区等户外场所也需要特色的照明设计以凸显建筑物和自然,景观的魅力合理的光源选择和布局能让夜间环境更加温馨迷人照明节能的策略提高光源效率智能照明控制采用自然采光选用高效节能的和其他新型光源大利用智能照明控制系统根据光照环境、尽可能利用自然日光照明减少人工照明LED,,,幅降低照明用电针对不同应用场景匹使用时间等因素自动调节照明亮度实现使用合理规划建筑布局和窗户设计最,,配合适的光源精准控制和节能大化自然采光光环境的评价指标照明设计的发展趋势智慧照明新兴的互联网技术和物联网应用,使照明系统可以智能感知环境,实现自动调节,提高能源利用效率技术创新LEDLED作为新型高效节能光源,其能效不断提高,光质和可编程性不断改善,进一步推动照明设计的创新可持续发展节能环保是照明设计的重要导向,要实现减排降耗,推动可再生能源应用,构建绿色低碳的照明系统本课程小结系统总结重点回顾本课程系统地介绍了照明的基课程重点回顾了光的传播特性、础知识包括光的性质、视觉生照度和亮度概念、常见光源种,理学、光源特性以及室内外照类以及照明设计的关键原则让,明设计等内容为后续深入学习学生对照明领域有了全面而深,照明技术打下了坚实的基础入的理解未来发展随着新型光源技术的不断进步照明行业正朝着更加节能环保、智能化,的方向发展本课程为学生未来从事照明设计或相关工作奠定了良好的基础。