照明概论重点.docx

第一章： 50 万年前，第一个人工照明源——火把 大约 7 万年前，第一个照明器件—灯芯的诞生：它的出现大大改善了以热发光为基础的照明效率灯芯和 蜡芯成为油灯和蜡烛的关键部分 公元前 1000 年，蜡烛的出现（一些资料显示蜡烛是古罗马时代（公元前 1－6 世纪）出现的） 1772 年，煤气灯的出现，它是苏格兰发明家墨多克发明的 煤气灯的缺点：火焰闪烁不定，在熄灭时产生有害气体另外，在最初时这种灯很不安全，在室内用容易 发生危险，因此只当做路灯用 18 世纪末，油灯的第一个重要改进，这标志了近代照明装置工程的开端 这个里程碑归功于日内瓦的阿格兰（Ami Agrand） ，他设计了具有两个同心管中的管状灯芯，火焰周围有一 个玻璃灯罩的灯由于改善了对火焰的空气供应使燃烧效率提高，光强提高了 10 倍此外，这种灯还能调节 灯芯上下这个设计是以拉瓦锡发现“燃烧是由于空气中存在氧”为基础进行的这种灯曾向英王乔治三世演 示，在 1784 年阿格兰获得一项英国专利. 1850 年出现的煤油灯成为广泛使用的照明装置 火把、蜡烛、油灯、煤油灯、煤气灯这些照明工具，都没有离开火，都是靠物质燃烧发出的光来照明的。

19 世纪初，电照明的原理被发现 戴维爵士 1879 年，爱迪生发明了碳丝灯，它是一种以碳丝作为灯丝制成的白炽灯；19 世纪末，碳丝灯是户内最常用 的照明装置其缺点：碳使灯泡变黑，工作的温度不高等 1900 年，休伊特（Peter Cooper Ｈewitt）获得汞蒸气灯的专利缺点：这种灯启动时需要机械的倾斜， 只发射蓝绿色光，色彩发生畸变优点：发光效率比碳丝灯高得多； 1907 年，美国制成第一盏钨丝灯，其所用钨丝是经维也纳的 A.Just(贾斯特)和 F.Hanaman（哈纳曼）用挤压 法制成的（1903 年，A.Just(贾斯特) 和 F.Hanaman（哈纳曼） 获得了钨丝的专利） ，但由贾斯特(Just)和哈 纳曼(Hannaman)制订的抽丝工艺抽制成的钨丝还不耐用和太细软,光热效应也差 1936 年第一盏荧光灯管问世管子内壁涂有一层能发出荧光的物质,管内充以水银蒸汽,当电流通过管子时 发出荧光,这就是后来各种无灯丝灯泡和荧光灯的雏形它能发出至少 5 倍于白炽灯亮度的光,寿命也是白炽 灯寿命的 15 倍到 70 年代产荧光灯 10 亿支,占世界人造光源的 80% 1938 年，美国通用电子公司的伊曼发明了节电的荧光灯（日光灯） ； 1957 年凯莱斯(M.Cayless)研制出一种能发出黄白光的新型重要光源——高压钠灯以及其它一些将用于街道、 车间、工厂、和浴池照明的光源。

20 世纪 90 年代，半导体照明时代的初期，居室照明主要是钨丝白炽灯 1826 年，朱蒙德（Thomas Drummond）发明了第一个固体照明装置——灰光灯 基于 1820 年戈尼（Goldsworthy Gurney）发现了一种新效应——非高温发光（非高温发光是离子热激发引 起的超出黑体辐射的发射） 1876 年，雅布洛奇科夫（Paval Yablochkov）发明了一个实用的电照明装置—雅布洛奇科夫烛 电弧灯的缺点：由于燃烧时发出嘶嘶声而且光亮过于耀眼，不宜用于室内. 白炽灯 基于真空或惰性气体中的灯丝通过电流加热到白炽状态，引起热辐射发光现象 优点：结构简单、价格低廉、使用方便、能调节亮度、显色性好； 缺点：发光效率较低、使用寿命较短（一般在 750～1000h ） 、发热大 卤钨灯 为减少白炽灯钨丝的蒸发率增加其使用寿命及工作温度，在灯泡中添加含有部分卤素或卤化物的气体 优点：一般说来其寿命在同样效率下卤钨灯的寿命至少是白炽灯的 2 倍，或者在同样寿命下有较高的效率 而且只需小的多的额定功率，卤钨灯就能有效地发射高色温的光 缺点：长的加热和冷却时间（大约 1s） ，这一缺点阻碍了卤钨灯用于各类信号灯。

另外，这种灯也不能调 暗，因为降低温度会终止卤素循环 低压钠灯优点：发光率比白炽灯高 10 倍以上，能穿透烟雾，适宜在烟雾较多的场所做照明用，特别适合于高速公路、 交通道路、市政道路、公圆、庭院照明，能使人清晰地看到色差比较小的物体 缺点：显色性极差，另一个是长的预热时间，这些缺点使钠灯仅适用于街道照明和安全照明荧光灯 工作原理： 灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内的低气压汞蒸气放电将 60% 左右的输入电能转变成波长为 253.7nm 的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光其优点： 使用寿命比白炽灯长；缺点：含汞，对环境有影响 分类: 包括普通日光灯和紧凑型荧光灯 普通荧光灯 优点：发光效率比白炽灯高得多，使用寿命方面也 优于白炽灯；缺点：荧光灯的显色性 较差（光谱是断续的） 特别是它的频闪效应，容易使人眼产生错觉，应采取措施消除频闪效应另外，荧 光灯需要启辉器和镇流器，使用比较复杂 )紧凑型荧光灯 发光原理与普通荧光灯相同，不同之处就是启辉器和镇流器功能是由内置于灯中的 电子线路提供，因此灯的体积大大减小。

优点：节电率高，可逐步替代白炽灯比如：15Ｗ的紧凑型荧光灯亮度与 75Ｗ的白炽灯相当；寿命长，平 均寿命 8000 小时，最长达 20,000 小时，白炽灯只有 1000 小时～2000 小时 缺点：标准的紧凑型荧光灯启动时间较长，如果启动次数频繁，会大大缩短其使用寿命比如：启动次数 增加３倍，其寿命将会缩短 50％ 气体放电灯 发光原理: 通过两电极放电使密封在灯泡内的气体发光，所有此类灯需加装镇流器限制电弧发射光谱与 气体的成分和气压有关（气压越高，光谱成分越好） 氙灯（High intensity Discharge：HID） 人造小太阳1907 年 Henry Joseph Round 在一片金刚砂里观察到电致发光的物理效应， 1936 年 George Destriau 产生了“电致发光”这个术语 20 世纪 60 年代中期，第一支商用化红色 LED 首先研发成功 20 世纪 80 年代早期，技术有了重大突破，第一代高亮度 AlGaAs LED 诞生 红光 发光效率 10lm/W 在 1992 年日本日亚（Nichia ）化学公司成功生产出蓝光 LED。

20 世纪 90 年代末白光 LED 研发成功 产业发展现状与趋势 第二章： 可见光谱：在电磁辐射范围内，只有从 380-780 (nm) 波长的电磁辐射能够引起人的视觉，这段波长叫做可 见光谱 光学辐射：指波长为 1 纳米到 1 毫米范围的电磁辐射，它主要包括紫外辐射、可见辐射和红外辐射等部分 分为：可见辐射和不可见辐射 可见光：能够被眼睛感觉到的、并产生视觉现象的辐射为可见辐射或可见光，简称光 视觉是人由进入人眼的辐射所产生的光感觉而获得的对外界的认识人的视觉器官不但反映光的强度，而 且也能反映光的波长特性前者表现为亮度的感觉，后者表现为颜色的感觉 定义 2：视觉是对周 围环境的亮度和色度变化产生意义的一个复杂的多级过程视觉的性质决定了对照明的量和质的要求 人眼视网膜上有二种感光细胞：杆体细胞和锥体细胞杆体细胞：只在较暗条件下（在亮度为 0.001cd/m2以下）起作用，适宜于微光视觉，感光灵敏度高，仅 能分辨明暗，不能分辨颜色和细节锥体细胞: 在光亮（亮度为 3cd/m2以上）条件下，能够分辨颜色和物体的细节 视网膜 ：杆状细胞 + 锥状细胞杆状细胞：感光灵敏度高（暗视觉 ） ， 不能分辨细节，不能分辨色彩。

锥状细胞：感光灵敏度低（明视觉 ） ，能分辨细节，能分辨色彩 锥状细胞可分敏红、敏绿、敏蓝细胞 光辐射度量 光是电磁波，表明其具有辐射特征光辐射具有量子性：光的发射与吸收、光电效应光辐射具有波动性：光的衍射、干涉与偏振 辐射与辐射源、光与光源自然光源：太阳、星辰、天雷地火人造光源：灯具、激光、发光器件辐射能 Qe ：以辐射形式发射、接受、传播的能量；这些能量被物质吸收时，可以转化成其他形式的能量，如电能、热能、动能 ；焦耳，J辐射能密度 we：单位体积内的辐射能， we = dQe /dV 焦耳/米3， J·m-3辐射通量 Fe：光源在单位时间辐射的总能量称为光源的辐射通量Fe= dQe /dt ；瓦，W=J/s 辐射强度 Ie ：点光源发出，单位时间、单位立体角所辐射出的能量，Ie=dFe /dw ；瓦/球面度，W·sr-1辐射出射度 Me：辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率， Me= dFe /dA ；瓦/平方米， W·m-2辐射亮度 Le：由辐射表面定向发射的辐射强度，与辐射体表面所发射通量的空间分布有关， Le = dIe /dA·cosq 瓦/（平方米·球面度） ， W·m-2·sr-1 辐照度 Ee ：单位面积接收到的辐射通量， Ee=dFe /dA  瓦/平方米， W·m-2光度学：物理辐射作用在观察者的视觉器官是产生光的感觉，当辐射量与人眼的视觉特性相联系而被评价时，定义为光度量，属于光度学研究的范畴。

光度学处理的是光亮度的视觉，测量的是视觉响应辐射能（Qe） 、辐通量（Φe） 、辐强度（Ie） 、辐照度（Ee） 、辐亮度（ Le ） ；对应的光度量定义：光能量（Qv） 、光通量（Φv） 、发光强度（Iv） 、照度（Ev） 、亮度 （Lv ）光谱光效率函数： 用来度量辐射能所引起的视觉能力的量称为光谱光效率函数， （即光谱不同波长的能量对人眼产生光感觉的效率） 它主要是评价人体视觉对各种颜色的灵敏度一般用 )(V表示明视觉的光谱光效率函数；其峰值在 555nm，也就是说对波长为 555nm 的黄绿光的感受效率最高，同样对其它波长的光的感受效率较低一般用 )(V表示暗视觉的光谱光效率函数；峰值在 507nm，也就是说对波长为 507nm 的蓝绿光的感受效率最高光通量（Luminous Flux）： 单位：流明（lm） mK：为辐射的光谱光效能的最大值，单位：流明每瓦特（lm/W） 在单色辐射时，明视觉条件下的 Km 值为 683lm/W (此时波长 =555nm )；在暗视觉条件 Km＝1755lm/W(此时波长 ＝507nm)。

注：光效能 K（ ev/k）是辐射产生视觉能力的度量，它表征了辐射的光谱而不是光源光通量:光源在单位时间内发出的光量称 为光源光通量,以 F 表示.单位:流明(lm)发光强度（Luminous Intensity）：定义：点光源在给定方向上单位立体角内发射的光通量，也可解释为在一定方向上单位立体角内所发出的光通量符号： vI, 单位：流明/球面度（lm/sr）或坎德拉（cd）; ddIvv注意：发光强度的概念不能直接应用于不可看作为点光源的众多光源照度（Illuminance）：定义：投射在单位面积上的光通量符号vE, 单位：流明每平方米（lm/m2，也称为勒克斯 lx，即 1lm/m2=1lx） 注意：1）1lx 的照度是比较小的，在此照度下只能大致辨认周围物体2）照度越高，眼睛分辨细节、低反差以及色调的能力越强在通常将 20lx 的平均照度取为非工作区的最小照度照明条件下，对于长期有人活动的房间，其最小照度要求为 200lx 的平均照度对于学习和办公等场合，要求的最低有 500lx 的照度对于工作区的照明，优先选择的照度范围为 1000－2000lxdVKemv)(2cos rI dAdEvv v表 2.3 室内外照明的亮度分布情况亮度（cd/m2） 亮度分类1推荐的道路亮度2刚能识别51020能满意辨认人脸部特征的亮度50100200墙和天棚的优选亮度500优选的作业亮度1,0002,0005,00010,00。