与灯具相关的光学基本知识
灯具光学教学讲义PPT课件
将它与照度的平方反比定律结合起来就有 ：
E= I ·cosθ d2
2021
9
简单有效
c)余弦立方定律
光源
O
h
D
式中：I—点光源射向该点的光强；
h—光源离该平面的高度；
θ—平面法线与入射光线的夹角；
I
l— OA长度。
E θ
E= I · cosθ=I · cos3θ
l2
h2
A
2021
10
简单有效
适合路灯的分布光度系统
向 下 光 通 比: 63.0 %
灯 具 效 率:
63.0 %
最 大 距 高 比: A-A: 1.2 B-B: 1.7
2021
36
简单有效
CIE 分 类: 直 接
向 上 光 通 比: .0 %
向 下 光 通 比: 63.0 %
灯 具 效 率:
63.0 %
2021
37
简单有效
最 大 距 高 比: A-A: 1.2 B-B: 1.7
2021
48
简单有效
平均照度=光源光通量×灯具数量×CU ×维护系数 /长×宽 灯具数量=平均照度×长×宽/光源光通量× CU ×维护系数
2021
49
简单有效
维护系数（K）
维护系数是考虑由于光源光通衰减、灯具污染及老化所 引起的效率降低，以及被照场所建筑物内墙表面、顶棚、 地面的反射率下降等因素使照度降低所必须乘入的系数。
8 .31 .26 .23 .31 .26 .22 .30 .26 .22 .29 .25 .22 .29 .25 .22 .21 .131
9 .28 .23 .19 .28 .23 .19 .27 .22 .19 .26 .22 .19 .25 .22 .19 .18 .125
灯具重要基础知识点
灯具重要基础知识点1. 光源类型：灯具的基础知识之一是了解不同类型的光源。
常见的光源类型包括白炽灯、荧光灯、LED灯以及卤素灯等。
每种光源都有其特定的色温、亮度和能效等特点，因此在选择灯具时需要根据使用的环境和要求进行合理搭配。
2. 色彩温度：色彩温度是灯具重要的技术参数之一，通常用单位“开尔文（K）”表示。
灯具的色彩温度直接影响到室内环境的氛围和光线的舒适度。
较高的色彩温度（如蓝调）可以制造冷色调和明亮的环境，适用于工作区域和需要高度注意力的场所。
而较低的色彩温度（如黄调）则能创造温暖、舒适的氛围，适合于休闲和放松的区域。
3. 光束角度：光束角度指的是灯具所发射光线的角度范围，也是灯具的重要参数之一。
不同的灯具有不同的光束角度，如聚光灯通常具有较小的光束角度，可用于突出特定物体或区域；而洒光灯则具有较大的光束角度，可用于照亮较大的区域。
正确选择光束角度能够更好地满足照明需求，并提高照明效果。
4. 色彩呈现指数（CRI）：对于需要真实准确的色彩展现的场所，色彩呈现指数（CRI）是一个重要的考量因素。
CRI是对光源输出光线中各种颜色的还原程度进行评估的指标，通常在0到100之间表示。
高CRI的灯具能更准确地展现物体的真实颜色，对于艺术展览、商业展示和室内设计等领域非常重要。
5. 能效和寿命：能效是衡量灯具节能性能的指标，表示单位电能的消耗下所产生的光效。
LED灯具因其高能效而被广泛应用。
同时，了解灯具的寿命也是重要的基础知识，寿命通常以工作小时数表示。
合理选择能效高且寿命较长的灯具，能够降低能源消耗和维护成本。
6. 安装和维护：了解灯具的安装和维护要点对于确保其正常使用和延长寿命非常重要。
不同类型的灯具可能需要不同的安装方式，如嵌入式灯具、吊灯或筒灯等。
此外，定期清洁和保养灯具也是维持其良好运行状态的关键。
综上所述，了解灯具的光源类型、色彩温度、光束角度、色彩呈现指数、能效和寿命，以及灯具的安装和维护要点等重要基础知识，有助于我们更好地选择和使用灯具，从而提供舒适、高效且合适的照明环境。
灯具光学原理知识点总结
灯具光学原理知识点总结灯具光学原理是指光学系统中硝和光的传播、聚敛和转换规律，是指导灯具设计和应用的重要基础。
了解光学原理不仅有助于提高灯具的设计性能，而且对于正确使用和维护灯具也有着重要的指导作用。
本文将通过介绍灯具光学原理的相关知识点，来帮助大家更好地了解灯具的光学特性。
1. 光的传播和衍射光是一种电磁波，具有波粒二象性，可以在真空和介质中传播。
在介质中传播时，光波会产生折射现象，即沿直线传播的光波在介质中遇到另一种介质时，会改变传播方向。
在某些情况下，光波会发生衍射现象，即光波在通过狭缝或物体边缘时出现弯曲和分散。
在灯具设计中，我们需要考虑光的传播和衍射对于光束的聚敛和扩散影响。
通过合理设计反射器和透镜等光学元件，可以实现对光束的控制和调节，以满足不同需求的照明效果。
2. 反射和折射反射是指光波在遇到不同介质界面时，一部分光波被折射，一部分光波被反射。
反射可以分为镜面反射和漫反射两种。
镜面反射是指光波在光滑表面上的反射，反射光线遵循入射角等于反射角的规律；漫反射是指光波在粗糙表面上的反射，反射光线会向各个方向散射。
折射是指光波穿过介质界面时，由于介质折射率的差异而改变传播方向。
根据折射定律，入射角、折射角和介质折射率之间存在一定的关系。
在灯具设计中，我们可以通过选择合适的材料和表面处理方式，来实现对反射和折射的调控，以提高灯具的照明效果。
3. 光的色散和频谱光的色散是指不同波长的光在通过介质时，由于折射率与波长的相关性，导致不同波长的光以不同程度折射，从而产生色散现象。
光的频谱是指光波的频率分布和强度分布。
通过光的色散和频谱分析，我们可以了解不同波长的光在聚焦、衍射和干涉等现象中的特性。
在照明设计中，我们需要考虑光的色散和频谱对于照明效果的影响。
例如，在色彩还原方面，我们需要选择合适的光源和滤光材料，以实现对光的色彩分布的调整和控制。
4. 光的干涉和衍射干涉是指两道或多道相干光波叠加在一起时，产生交替增强和消除的现象。
灯具相关的光学基本知识
灯具相关的光学基本知识一. 光与电磁波：光是一种电磁波，速度为：30×10000 km/s波长为780～380nm（纳米）。
1纳米=10的-9次方米二. 光谱与颜色：光谱：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫红外线波长：620～780nm。
紫外线的波长：380～420nm。
如下图：波长780～620～590～560～490～450～420～380nm太阳光：波长是780～380nm，纯白色。
白炽灯：波长为780～400nm，缺少紫光，故合成后光色略偏红黄。
荧光灯：波长为750～310nm，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。
三. 灯具的主要作用：1. 固定和保护灯；2. 控制和分配灯光，突现所需的光分布；3. 装饰与美化环境四. 照明灯具的光特性：照明灯具的光特性主要用三项技术数据来说明，即：1. 发光强度的空间分布；2. 灯具效率；3. 亮度分布或灯具遮光角；五. 发光强度的空间分布任何灯具在空间各方向上的发光强度都不一样，我们可以用数据或图形把照明灯具发光强度在空间的分布状况记录下来，通常我们用纵坐标来表示照明灯具的光强分布，以坐标原点为中心，把各方向上的发光强度用矢量标注出来，连接矢量的端点，即形成光强分布曲线，也叫配光曲线。
因为大部份的灯具的形状是轴对称的旋转体，其发光强度在空间的分布也是轴对称的。
所以，通过灯具轴线取任一平面，以该平面内的光强分布曲线来表明照明灯具在整个空间的分布就够了。
如果照明灯具发光强度在空间的分布是不对称的，例如长条形的荧光灯具，则需要用若干测光平面的光强度分布曲线来说明空间光分布。
取同灯具长轴相垂直的通过灯具中心下垂线的平面为C0平面，与C0平面垂直且通过灯具中心的下垂线的平面为C90平面。
至少要用C0、C90两个平面的光强分布说明非对称灯具的空间配光。
为了便于对各种照明灯具的光分布特性进行比较，统一规定以光通量为1000流明（lm）的假想光源来提供光强分布数据。
照明基础必学知识点
照明基础必学知识点1. 光的本质：光是一种电磁辐射，具有波粒二象性，在空气中的速度约为每秒30万公里。
2. 白光与彩色光：白光是由各种波长的光混合形成的，而彩色光是指特定波长范围内的光，如红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等。
3. 光的三基色：在彩色光中，红、绿、蓝被称为光的三基色，它们可以组合形成各种其他颜色。
4. 光的反射：光遇到物体时，部分光线会被物体表面反射回来，我们通过反射的光线才能看到物体。
5. 光的折射：光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
光线在折射时会改变传播方向，并且光在不同介质中的传播速度也会改变。
6. 光的传播方式：光可以直线传播，也可以经过反射、折射等方式传播。
7. 光的衍射：当光经过一个小孔或物体边缘时，会出现衍射现象，即光的弯曲和扩散。
8. 光的干涉：当两束或多束光线重叠在一起时，会出现干涉现象，干涉可以产生明暗条纹。
9. 光的色散：当白光通过一种介质时，不同波长的光会因为折射率的不同而发生偏折，从而产生彩虹色的现象。
10. 光的强度和亮度：光的强度指的是光的辐射能力，亮度指的是人眼感知到的光的明暗程度。
11. 光源的分类：光源可以分为自然光源和人工光源。
常见的自然光源有太阳和火焰，常见的人工光源有灯泡、荧光灯、LED等。
12. 光的色温：光源的色温是指光源发出的光线的颜色，常用单位为开尔文（K），冷色调的光源色温较高，暖色调的光源色温较低。
13. 光的强度衡量：光的强度可以通过光通量和光照度来衡量，光通量单位为流明（lm），光照度单位为勒克斯（lx）。
14. 光的色彩表示：光的色彩可以通过RGB（红绿蓝）或CMYK（青、品红、黄、黑）等颜色空间来表示。
15. 光的效果：光的效果常常可以利用透镜、反射器等光学元件来实现，如聚光、扩散、聚束等。
这些基础知识点是照明领域中常见且重要的内容，在学习和理解照明原理和应用时，对于工程设计、灯具选择、照明效果评估等方面都具有指导作用。
《灯具光学讲义》课件
05
灯具光学的未来发 展与挑战
新材料与新技术的应用
新材料
随着科技的进步，新型材料如纳米材料、高 分子材料等在灯具光学领域的应用将更加广 泛，能够提高灯具的性能和寿命，同时降低 能耗。
新技术
LED、OLED等新型照明技术的出现，为灯 具光学带来了革命性的变革，具有高效、节 能、环保等优点，是未来发展的重点方向。
智能化与互联网+的融合
智能化
随着物联网、人工智能等技术的发展，灯具 光学将更加智能化，能够实现远程控制、自 动调节等功能，提高用户体验。
互联网+
通过与互联网的结合，可以实现灯具之间的 互联互通，打造智能家居生态系统，为用户
提供更加便捷、舒适的生活环境。
人性化与舒适度的提升
要点一
人性化
灯具光学设计将更加注重人性化，以满足不同用户的需求 ，如可调节色温、亮度等，提供更加舒适的照明环境。
灯具光学的发展历程与趋势
• 总结词：随着科技的不断进步，灯具光学也在不断发展，未来将朝着更 加智能化、绿色环保和个性化方向发展。
• 详细描述：自照明技术诞生以来，灯具光学经历了多个发展阶段。从最初的烛光和油灯，到白炽灯和荧光灯，再到现代 的高效LED灯具，灯具光学在不断地发展和进步。未来，随着科技的不断发展，灯具光学将朝着更加智能化、绿色环保 和个性化方向发展。智能照明系统可以通过传感器和控制系统实现个性化的光照调节，提高人们的舒适度和效率；绿色 环保的照明系统则注重节能和环保，有利于可持续发展；而个性化的照明设计则可以满足人们多样化的需求，提升照明 体验。
光的反射定律
入射角等于反射角，镜面反射遵 循这一规律。
光的透镜原理与折射
透镜的分类与原理
凸透镜会聚光线，凹透镜发散光线。通过透镜的光线会改变 方向。
照明基础知识
照明基础知识一、光学基本知识1. 光的本质光的本质是一种电磁波，其波长范围广泛。
能够引起视觉反应的光被称为“可见光”，其波长在380-780纳米之间，是电磁辐射光谱中的一小部分。
不可见光如红外线、紫外线等，则因其波长超出此范围而无法被肉眼直接感知。
2. 光通量光通量是衡量光源输出可见光量的总和，是光源发光能力的指标。
它表示发光体每秒所发出的可见光量，单位为流明（lm）。
3. 光效与发光强度光效即发光效率，是电光源将电能转化为光的能力，以流明每瓦（lm/w）为单位。
发光强度（光强）则是指发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量，常用坎德拉（cd）来表示。
4. 照度与亮度照度是表征被照面上接收光的强弱，即被照面单位面积上接收的光通量，单位为勒克斯（Lux）或流明平方米（lm/㎡）。
而亮度则是指光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中反射光的数量，单位为坎德拉每平方米（cd/㎡）或坎德拉每平方厘米（cd/cm²）。
5. 眩光与光束角眩光是指视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比造成的视觉不舒适感。
光束角则是射灯发射光的空间分布，以中心最强，向四周逐渐减弱到中心光强50%强度的圆锥角。
6. 其他重要概念●功率因素：电路中有用功率与实际功率之间的比值，影响电网的平衡度和无功损耗。
●频闪效应：电感式荧光灯随电压电流周期性变化，光通量也周期性变化，导致视觉不舒适。
●平均寿命与经济寿命：衡量光源使用寿命的指标，分别考虑光源损坏和光束输出衰减的情况。
●显色性：光源对物体颜色的呈现能力，以显色指数（Ra）表示，高显色性光源能更真实地还原物体颜色。
●色温：光源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度即为该光源的色温，以开尔文（K）为单位。
二、照明工作原理照明的基础是光源产生光线并将其传播至需要照明的区域。
照明工作原理主要包括以下几个环节：1.光源产生光线：光源可以是自然的（如太阳、星星）或人工的（如灯泡、LED）。
照明的一些基本光学知识
1、光（ light）光的本质是电磁波 ,是整个电磁波谱中极小范围的一部分光是能量的一种形态；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380到760nm之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。
温度远远高于50Hz工作时的温度，从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性。
2、光通量（光束）Φ光源发射并被人的眼睛接收的能量之和为光通量。
一般情况下，同类型的灯的功率越高，光通量也越大。
例如：一只 40W的普通白炽灯的光通量为350---470lm，而一只40W的普通直管形荧光灯的光通量为2800lm左右，为白炽灯的6--8倍。
3、照度 (illuminance)单位被照面上接收到的光通量称为照度。
如果每平方米被照面上接收到的光通量为 1（lm），则照度为1（Lux）。
单位：勒克斯（Lux）。
勒克斯（lux）相当于被照面上光通量为1流明（lm）时的照度。
夏季阳光强烈的中午地面照度约5000 lux，冬天晴天时地面照度约为2000 lux，晴朗的月夜地面照度约0.2 lux。
4、亮度（ luminance）光源在某一方向上的亮度是光源在该方向上的单位投影面积、单位立体角中发射的光通量。
如果我们把每一物体都视为光源的话，那么亮度就是描述光源光亮的程度，而照度正好是把每一物体都作为被照物体，用一块木板来举例说明，当一定光束照到木板时我们讲木板有多少照度，然后木板将多少光束反射到人眼，就称为木板的多少亮度，那么有如下式子：亮度等于照度乘以反射率。
在同一房间同一位置一块白布和一块黑布的照度是相同的，而亮度是不同的。
5、光效（luminous efficacy of light source）光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。
单位：流明 /瓦（lm/W）6、色温（CT-color temperature）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色温，用绝对温度 K（kelvim）表示。
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与灯具相关的光学基本知识
一. 光与电磁波：
光是一种电磁波，速度为：30×10000 km/s
波长为780～380nm（纳米）。
1纳米=10的-9次方米
二. 光谱与颜色：
光谱：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
红外线波长：620～780nm。
紫外线的波长：380～420nm。
如下图：
波长780～620～590～560～490～450～420～380nm
太阳光：波长是780～380nm，纯白色。
白炽灯：波长为780～400nm，缺少紫光，故合成后光色略偏红黄。
荧光灯：波长为750～310nm，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。
三. 灯具的主要作用：
1. 固定和保护灯；
2. 控制和分配灯光，突现所需的光分布；
3. 装饰与美化环境；
四. 照明灯具的光特性：照明灯具的光特性主要用三项技术数据来说明，即：
1. 发光强度的空间分布；
2. 灯具效率；
3. 亮度分布或灯具遮光角；
五. 发光强度的空间分布
任何灯具在空间各方向上的发光强度都不一样，我们可以用数据或图形把照明灯具发光强度在空间的分布状况记录下来，通常我们用纵坐标来表示照明灯具的光强分布，以坐标原点为中心，把各方向上的发光强度用矢量标注出来，连接矢量的端点，即形成光强分布曲线，也叫配光曲线。
因为大部份的灯具的形状是轴对称的旋转体，其发光强度在空间的分布也是轴对称的。
所以，通过灯具轴线取任一平面，以该平面内的光强分布曲线来表明照明灯具在整个空间的分布就够了。
如果照明灯具发光强度在空间的分布是不对称的，例如长条形的荧光灯具，则需要用若干测光平面的光强度分布曲线来说明空间光分布。
取同灯具长轴相垂直的通过灯具中心下
垂线的平面为C0平面，与C0平面垂直且通过灯具中心的下垂线的平面为C90平面。
至少要用C0、C90两个平面的光强分布说明非对称灯具的空间配光。
为了便于对各种照明灯具的光分布特性进行比较，统一规定以光通量为1000流明（lm）的假想光源来提供光强分布数据。
因此，实际光强应是测光资料提供的光强值乘以光源实际光通量与1000之比。
照明灯具的光强分布是利用灯具的反光罩、透光棱镜、格栅或散光罩控制灯光实现的。
反射罩是灯具的基本控光部件，它的反射比越高，规则反射越强,控光能力越显著。
阳极氧化或抛光氧化铝、不锈钢板是常用的镜面发射材料。
按照规则反射定律对铝反射罩的几何形状、尺寸进行周密设计，安装时注意光源精确定位，便能获得各种需要的光分布。
格栅主要起遮蔽光源，减少直接眩光的作用。
透过格栅的光分布一般比较狭窄。
六. 照度与空间发光强度分布
照明灯具的布置和照度计算是照明设计的重要组成部份，直接影响照明设计质量。
点光源照度计算：
E
=
F
=
IQ·CoSQ
=
IQ·CoS
2
2
ΔS
D
2
h
2
式中：E ：照度
ΔS：受光面积
F ：光通量
IQ :发光强度
公式表明：点光源所产生照度和它到受照面的距离的平方成反比，和入射角的余弦成正比，和反光强度成正比。
当光源尺寸小于它到受照面距离的1/10时即视为点光源。
七. 灯具概算图
灯具概算图表达了单位面积使用灯具数量的关系。
通常灯具概算图给出同一灯具几种不同的悬挂高度，当工作面照度要求为100Ix时，某种平面面积所需灯具的数量，作为选择灯具的依据。
假如要求正确工作面的照度不是100Ix时，则实际所需灯具数量为概算图上给出数量乘以实际照度与100Ix之比。
八. 名词解释：
1. 光通量：单位时间光源向空间发出的、使人产生光感觉的能量。
设光源在t秒内总共辐射出的光能是W，我们就把辐射出来的光能W与辐射所经过的时间t之比称为光通量。
光通量是衡量光源发光多少的一个指标。
以F表示，单位为光瓦。
光瓦单位太大，常用流明（lm）作为实用单位，它们的关系是1光瓦=683流明（lm）。
1lm=1cd·sr
例：普通40W荧光灯的光通量为2200流明（100小时）
国产白炽灯每消耗1W电能所产生的光通量约为12.5lm（4tlm）
2. 发光强度：是光通量的空间密度，即单位立体角的光通量，也就是衡量光源发光强弱程度的量。
单位为坎德拉（cd）。
一支蜡烛的发光强度约为1cd。
国产100W普通白炽灯的发光强度约为100cd。
3. 光照度（简称照度）：是受光表面上光通量的面密度，即单位面积的光通量。
故照度是表示受光表面被照亮程度的一个量。
以E 表示，单位为勒克斯（Lx）。
4. 光亮度（简称亮度）：单元表面在某一方向上的光强密度，它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的投影面积之比。
即被视物体在视线方向单位投影面上的发光强度称为该物体表面的亮度。
亮度往往是表示某个方向上的亮度。
以B表示，单位：坎德拉每平方米，符号：cd/㎡。
或尼特（nt）、熙提（sb）。
1nt尼特=1cd/㎡，1sb熙提=10000nt尼特。
用公式表示如下：
B
=
IQ
ΔS·CoSQ
5. 光效：光源的发光效率，就是光源所发生的光通量和它所消耗的电功率之比，简称光效。
单位：流明/瓦，符号：lm/W
一般白炽灯泡的光效约为7～20lm/W
直管形荧光灯的光效约为30～60lm/W,所以使用荧光灯比使用白炽灯更能节约能源。
九. 光色与失真
光色是衡量光源质量的一个重要指标。
含：
1. 色表：人眼直接观察发生的光线所看到的颜色。
2. 显色性：光线照射到物体表面上所产生的客观效果。
3. 显色指数：灯光下所显示的颜色与阳光下的颜色相比较之数值。
4. 色温：是表示炽热发光物体具有的颜色。
十. 科学合理的照明
1. 亮度对比
当周围亮度与中心亮度相等时，或周围稍暗时，视力最好。
2. 眩光
在视环境内，若有亮度极高的物体或强烈的亮度。
分直射眩光和反射眩光。
直射眩光是由光源发出的光线直接射到人眼所造成的。
眩光引起视觉不舒适的原因有：
①.高度的刺激使瞳孔缩小；
②.由于角膜或晶体等眼内组织产生光散射，在眼内形成光幕；
③.视幕受高亮度的刺激，使适应状态破坏。
直射眩光的强弱与光源有关，以下情况眩光最显著：
①.光源周围暗，眼睛适应越暗，眩光越显著。
②.光源亮度越高，眩光越显著。
③.光源越接近视线，眩光越显著。
④.光源的表面积越大，光源数目越多，眩光越显著。
一般亮度超过160000cd/㎡就有不舒适的眩光产生。
避免方法：
控制光源的光线投射方向，使光源不能直接射向人眼，这就要求灯具（或灯罩）具有一定的保护角。
有的灯具用透明格栅式或半透明罩来遮住光源，由于发光面积增大而使每个发光的亮度降低，光线就变得柔和而不刺眼。