光學(xué)設(shè)計(jì)光學(xué)

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1、光 學(xué) 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ) 理 論 第2講 光度學(xué)基礎(chǔ)1 可見(jiàn)光2 人的視覺(jué)3 光度學(xué)基礎(chǔ) 1 可見(jiàn)光 粒子-反射、折射、吸收幾何光學(xué) 波動(dòng)-干涉、衍射、偏振（橫波）-波動(dòng)光學(xué)電磁波 波粒二象性光量子（愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)解釋）紅 780nm630nm橙 630nm590nm黃 590nm570nm綠 570nm500nm青 500nm460nm藍(lán) 460nm430nm紫 430nm380nm 1 可見(jiàn)光 可見(jiàn)光譜：在電磁輻射范圍內(nèi)，只有從380-780 (nm) 波長(zhǎng)的電磁輻射能夠引起人的視覺(jué)，這段波長(zhǎng)叫做可見(jiàn)光譜。 1 可見(jiàn)光 光學(xué)輻射：指波長(zhǎng)為 1納米到1毫米范圍的電磁輻射，它主要包括紫外輻

2、射、可見(jiàn)輻射和紅外輻射等部分。分為：可見(jiàn)輻射和不可見(jiàn)輻射。 可見(jiàn)輻射（可見(jiàn)光）： 對(duì)于人來(lái)說(shuō)，能為眼睛感受并產(chǎn)生視覺(jué)的光學(xué)輻射稱為可見(jiàn)輻射。這種來(lái)及外界的可見(jiàn)光輻射刺激人的視覺(jué)器官，在腦中產(chǎn)生光、顏色、形狀等視覺(jué)印象，而獲得對(duì)外界的認(rèn)識(shí)。 不可見(jiàn)輻射（紫外線、紅外線）： 不能為眼睛感受，也不產(chǎn)生視覺(jué)的光學(xué)輻射稱為不可見(jiàn)輻射。這種輻射刺激眼睛時(shí)不產(chǎn)生視覺(jué)，而作用在皮膚上有時(shí)會(huì)產(chǎn)生其它感覺(jué)，如紫外線產(chǎn)生疼痛感覺(jué)，紅外線長(zhǎng)生灼熱感覺(jué)。 2 人的視覺(jué)1、視覺(jué) 光作用于視覺(jué)器官，使其感受細(xì)胞興奮，其信息經(jīng)視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)加工后便產(chǎn)生視覺(jué)。人的視覺(jué)器官不但反映光的強(qiáng)度，而且也能反映光的波長(zhǎng)特性。前者表現(xiàn)為亮度

3、的感覺(jué)，后者表現(xiàn)為顏色的感覺(jué)。 通過(guò)視覺(jué)，人和動(dòng)物感知外界物體的大小、明暗、顏色、動(dòng)靜，獲得對(duì)機(jī)體生存具有重要意義的各種信息，至少有80以上的外界信息經(jīng)視覺(jué)獲得，視覺(jué)是人和動(dòng)物最重要的感覺(jué)。 2 人的視覺(jué) 視神經(jīng)盤（視神經(jīng)乳頭） （盲點(diǎn)） 黃斑 （密集著椎體細(xì)胞的區(qū)域，顏色呈黃色）中央凹（最敏感的地方） 視神經(jīng)乳頭 雙 極 細(xì) 胞神 經(jīng) 節(jié)細(xì) 胞桿 體 細(xì) 胞 錐 體 細(xì) 胞 錐 體 與 桿 體 細(xì)胞 的 混 合 系 統(tǒng) 2 人的視覺(jué) 光線進(jìn)入人眼的視網(wǎng)膜,桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞起作用。 桿體細(xì)胞和錐體細(xì)胞經(jīng)電化學(xué)作用產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 脈沖信號(hào)通過(guò)視神經(jīng)傳送到大腦。 從而產(chǎn)生視覺(jué)效應(yīng)，使人們能看到物

4、體。 1.2 人的視覺(jué)2、人眼視網(wǎng)膜上有二種感光細(xì)胞：桿體細(xì)胞和錐體細(xì)胞。 桿體細(xì)胞：只在較暗條件下（在亮度為0.001cd/m2以下）起作用，適宜于微光視覺(jué)，感光靈敏度高，僅能分辨明暗，不能分辨顏色和細(xì)節(jié)。桿體細(xì)胞不能分辨色彩的原因是因?yàn)樗缓幸环N類型的感光色素，這些感光細(xì)胞集中在視網(wǎng)膜的外圍部分，引起的是外圍視覺(jué)。 2 人的視覺(jué) 錐體細(xì)胞: 在光亮（亮度為3cd/m2以上）條件下，能夠分辨顏色和物體的細(xì)節(jié)。 其原因：在高亮度條件下，桿體細(xì)胞響應(yīng)飽和，視覺(jué)完全由錐體細(xì)胞引起，錐體細(xì)胞可能含有敏紅素、敏綠素和敏藍(lán)素三種感光色素中的一種，分別稱為L(zhǎng)型（長(zhǎng)波，590nm）、M型（中波，540nm

5、）以及S型（短波，450nm）錐體細(xì)胞。由于光譜靈敏度不同，這些感光色素使我們能夠區(qū)分色彩。錐體細(xì)胞集中在視網(wǎng)膜的中心部分，密度在外圍下降。錐體細(xì)胞靈敏度較低但空間分辨率較高。 2 人的視覺(jué)3、明視覺(jué)、暗視覺(jué)、中間視覺(jué) 1912，馮凱斯（J. Von Kries）根據(jù)上述現(xiàn)象，提出了視覺(jué)的二重功能學(xué)說(shuō)，認(rèn)為視覺(jué)有兩重功能：視網(wǎng)膜中央的“錐體細(xì)胞視覺(jué)”和視網(wǎng)膜邊緣的“桿體細(xì)胞視覺(jué)”，也叫做“明視覺(jué)”和“暗視覺(jué)”。 當(dāng)環(huán)境亮度介于0.001cd/m2 和3cd/m2 之間稱為中間視覺(jué)。此時(shí)視網(wǎng)膜上的錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞同時(shí)起作用，藍(lán)光比紅光更為明亮。 1.2 人的視覺(jué)總 結(jié) ：視 網(wǎng) 膜 ： 桿 體

6、 細(xì) 胞 + 錐 體 細(xì) 胞 p 桿 體 細(xì) 胞 感 光 靈 敏 度 高 （ 暗 視 覺(jué) ） ， 不 能 分 辨 細(xì) 節(jié) ， 不 能 分 辨 色 彩 。p 錐 體 細(xì) 胞 ： 感 光 靈 敏 度 低 （ 明 視 覺(jué) ） ， 能 分 辨 細(xì) 節(jié) ， 能 分 辨 色 彩 。錐 體 細(xì) 胞 可 分 敏 紅 、 敏 綠 、 敏 藍(lán) 細(xì) 胞 2 人的視覺(jué) 4、視覺(jué)適應(yīng)在變化的各種亮度、光譜分布、視覺(jué)刺激下，視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)地做出調(diào)整以適應(yīng)這種變化過(guò)程。明適應(yīng)：黑暗環(huán)境到明亮環(huán)境暗適應(yīng)：明亮環(huán)境到黑暗環(huán)境 明 適 應(yīng) 的 時(shí) 間 較 短 ， 通 常 為 10-3 s-2 min 暗 適 應(yīng) 的 時(shí) 間 較

7、長(zhǎng) ， 通 常 為 20分 鐘 到 一 個(gè) 小 時(shí)引起光感覺(jué)的最小亮 度和最低光出射角度應(yīng)用：隧道路燈照明 3 光度學(xué)基礎(chǔ) 3.1 輻射度學(xué)與光度學(xué) 3.2 輻通量與光通量 3.3 發(fā)光強(qiáng)度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 發(fā)光效率 3.8 各個(gè)物理量的關(guān)聯(lián) 3.1 輻射度學(xué)與光度學(xué) 輻射度學(xué)（Radiometry）：當(dāng)外界物理輻射以能量（或功率）為單位來(lái)評(píng)價(jià)時(shí)，定義為輻射量，這是純物理量，屬于輻射度學(xué)研究的范疇。 光度學(xué)（Photometry）：物理輻射作用在觀察者的視覺(jué)器官是產(chǎn)生光的感覺(jué)，當(dāng)輻射量與人眼的視覺(jué)特性相聯(lián)系而被評(píng)價(jià)時(shí)，定義為光度量，屬于光度學(xué)研究的范疇。光

8、度學(xué)處理的是光亮度的視覺(jué)，測(cè)量的是視覺(jué)響應(yīng)。 3.1 輻射度學(xué)與光度學(xué) 3.2 輻通量與光通量 1、輻通量e （輻射功率）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)光源發(fā)出或通過(guò)一定接收截面的輻射能，單位為W（瓦特）。 d ee )( 譜密度，光譜分布 3.2 輻通量與光通量 )(S dSKSe )( )()( SKSe 3.2 輻通量與光通量 3.2 輻通量與光通量 3.2 輻通量與光通量 2、光譜光效率函數(shù) 用來(lái)度量輻射能所引起的視覺(jué)能力的量稱為光譜光效率函數(shù)，（即光譜不同波長(zhǎng)的能量對(duì)人眼產(chǎn)生光感覺(jué)的效率） 。它主要是評(píng)價(jià)人體視覺(jué)對(duì)各種顏色的靈敏度。 光譜光效率函數(shù)是光度學(xué)計(jì)算的重要依據(jù)。1933年國(guó)際計(jì)量委員會(huì)采用光

9、譜光效率函數(shù)作為光度量的標(biāo)準(zhǔn)。 1.3.2 輻通量與光通量 International Commission on Illumination （國(guó)際照明委員會(huì)），簡(jiǎn)稱 CIE 一 般 用 表 示 明 視 覺(jué) 的 光 譜 光 效 率 函 數(shù) ；)(V 明視覺(jué)光譜光效率函數(shù) 是1924年國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)根據(jù)吉普遜(Gibson)等幾組科學(xué)家對(duì)200多名觀察者測(cè)定的結(jié)果推薦的，適合于2度視場(chǎng)觀察條件，其峰值在555nm，也就是說(shuō)對(duì)波長(zhǎng)為555nm的黃綠光的感受效率最高，同樣對(duì)其它波長(zhǎng)的光的感受效率較低。)(V 暗 視 覺(jué) 光 譜 光 效 率 函 數(shù) (Scotopic Vision)是 CI

10、E于1951年 推 薦 的 ， 是 在 克 拉 福 特 (Craford)和 沃 爾 特 (Wald)實(shí)驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 基 礎(chǔ) 上 綜 合 后 推 出 的 ， 它 的 峰 值 在 507nm， 也 就 是說(shuō) 對(duì) 波 長(zhǎng) 為 507nm的 藍(lán) 綠 光 的 感 受 效 率 最 高 。)( V一 般 用 表 示 暗 視 覺(jué) 的 光 譜 光 效 率 函 數(shù) ；)( V 光 譜 光 視 效 率 3.2 輻通量與光通量光譜光效率函數(shù)歸一化： 光譜光視效率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。引 起 的 明 亮 感 覺(jué) 的 程 度 的 單 色 輻 射 所波 長(zhǎng)的 相 對(duì) 值 代 表 等 能 光 譜和 )(V)(V )( V )(V

11、 在月色朦朧的夜晚，總感到周圍一切籠罩一層藍(lán)灰色的色彩 Wmv Wv meeV 1)( 1)(|)( |)()( 3.2 輻通量與光通量3、光通量（Flux）v（流明，lm） 按照CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者的視覺(jué)特性來(lái)評(píng)價(jià)的輻射通量，即為光通量，它表示光源的發(fā)光能力。 dVK emv )()( )()()( VK emv Km為輻射的光譜光效能的最大值，單位：流明每瓦特（lm/W）。 ）（ 此 時(shí)暗 視 覺(jué) ： ）（ 此 時(shí)明 視 覺(jué) ： nm507/1753 nm555/683 WlmK WlmKmm 3.2 輻通量與光通量 3.2 輻通量與光通量例 如 ： 對(duì) 于 555nm的 綠 光 ， 1瓦

12、 特 =683流明 ， 440nm的 光 的 視 覺(jué) 函 數(shù) 為 0.023， 那么 ， 1W的 440nm的 光 對(duì) 應(yīng) 多 少 流 明 ？)()()( VK emv 683 lm/W*1W*0.023=15.71 lm 3.2 輻通量與光通量 常用燈具的電功率與光通量 3.3 發(fā)光強(qiáng)度 發(fā)光強(qiáng)度（Luminous Intensity）：點(diǎn)光源在給定方向上單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量，也可解釋為在一定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量。 單位：流明/球面度（lm/sr）或坎德拉（cd）。 坎德拉是國(guó)際單位制（SI）的基本單位，等于一個(gè)發(fā)射頻率5.4X10 14Hz（555nm）的單色光，輻射強(qiáng)度為

13、1/683(W/sr)的光源的發(fā)光強(qiáng)度。 注意：發(fā)光強(qiáng)度的概念不能直接應(yīng)用于不可看作為點(diǎn)光源的眾多光源。 ddI vv 3.3 發(fā)光強(qiáng)度國(guó)際單位制（SI）7個(gè)基本單位 長(zhǎng) 度 單位米(m) 質(zhì) 量 單位千克(kg) 時(shí) 間 單位秒(s) 電 流 單位安培(A) 熱 力 學(xué) 溫 度 單位開(kāi)爾文(K) 物 質(zhì) 的 量 單位摩爾(mol) 發(fā) 光 強(qiáng) 度 單位坎德拉(cd) 3.3 發(fā)光強(qiáng)度 國(guó)際單位制（SI）2個(gè)輔助單位 平面角單位弧度（1rad=180/3.142） 立體角單位球面度（sr）a弧 長(zhǎng)r半 徑 ra 2rA )(4 )(2 srsr全 空 間 ：半 空 間 ： 3.3 發(fā)光強(qiáng)度 3

14、.3 發(fā)光強(qiáng)度 3.3 發(fā)光強(qiáng)度 3.3 發(fā)光強(qiáng)度 3.4 亮度1、亮度（Luminance）：離開(kāi)，到達(dá)或者穿過(guò)某一表面，單位立體角單位投影面積上的光通量。單位：坎德拉每平方米（cd/m2，也可用尼特（nt）表示）。 cos cos* *dS IdSI dSd ddSddL vv vv Iv是指擴(kuò)展光源表面的每塊面元dS沿某方向r有一定的發(fā)光強(qiáng)度 3.4 亮度 亮度可描述有限尺寸的發(fā)光體發(fā)出的可見(jiàn)光在空間分布的情況，也可描述光路中的任意一個(gè)截面的光分布。 一個(gè)不發(fā)光但反射的物體明亮程度的視覺(jué)可以用它對(duì)某個(gè)光源發(fā)射光的反射來(lái)表征。 當(dāng)亮度低于10-3cd/m2時(shí)，暗視覺(jué)其主要作用，若亮度超過(guò)3

15、cd/m2，則完全是明視覺(jué)。 從海平面上看太陽(yáng)的平均亮度為1.6X10 9cd/m2 月亮的亮度大約是2500cd/m2 蠟燭的亮度約為（0.5-1.0）X104cd/m2 藍(lán)天的亮度為0.8X104cd/m2。 無(wú)月的夜空約10-4cd/m2 3.4 亮度 3.4 亮度 表 室 內(nèi) 外 照 明 的 亮 度 分 布 情 況亮 度 （ cd/m2） 亮 度 分 類1 推 薦 的 道 路 亮 度2 剛 能 識(shí) 別 人 臉 部 特 征 的 亮 度51020 能 滿 意 辨 認(rèn)50 墻 和 天 棚 的 優(yōu) 選 亮度 優(yōu) 選 的 作 業(yè) 亮 度1002005001,000 一 般 照 明 燈 具 允 許

16、 的 亮 度 值2,0005,00010,000 3.4 亮度2、朗伯（Lambert）定律余弦發(fā)射體、漫反射體 如果有一個(gè)面積為A的均勻發(fā)光面，它在某一方向上的亮度為L(zhǎng)，則它在這個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)度I應(yīng)為 cos ALI cos ALI： 發(fā) 光 面 的 法 線 與 所 指 定 的 方 向 的 夾 角 。 假 若 這 個(gè)面 光 源 的 亮 度 在 各 個(gè) 方 向 上 都 相 等 ， 即 亮 度 不 依 賴于 方 向 角 ， 則現(xiàn) 定 義 I0為 這 個(gè) 面 光 源 法 線 方 向 上 的發(fā) 光 強(qiáng) 度 ， 即 I0 LA。 上 式 變 為 cos0 II 3.4 亮度 一 個(gè) 朗 伯 發(fā) 射

17、面 ， 它 向 空 間 兩 個(gè) 任 意 1和 2之 間 所 發(fā) 出的 光 通 量 ：對(duì) 于 半 球 體 應(yīng) 取 1=0 ， 2=90 ， 可 得 )2cos2(cos2sincos2cos 21000 2 1 IdIdI 0I 若 朗 伯 發(fā) 射 面 的 面 積 為 A， 則 因 I0 LA， 可 得LA 若 朗 伯 發(fā) 射 面 為 漫 反 射 的 二 次 發(fā) 光 面 ， 其 入 射 照 度 為 E， 則, EALA LE 3.4 亮度 朗伯發(fā)光體：太陽(yáng)（天空）、LED 朗伯反射體：積雪、刷粉的白墻、粗糙白紙I N I(a) IN I(b) 3.5 光出射度光出射度：光源表面上單位面積發(fā)出的光

18、通量，單位為lm/m2。dSd vv M因透射或反射的二次發(fā)光面： vv vv EEM M透 射 發(fā) 光反 射 發(fā) 光 上 的 照 度為 被 照 面 的 二 次 發(fā) 光 面 透 射 比 ） ，為 被 照 面 的 透 射 系 數(shù) （ 反 射 比 ） ，為 被 照 面 的 反 射 系 數(shù) （vE照度：被照面所接收到的光通量的表面密度，光出射度：發(fā)光面發(fā)出的光通量的表面密度。 dLvv cosM 3.5 光出射度 理想漫反射面的出射度： )1(,M LLE vv 1 2 (a) (b) (c) 3.6 照度1、照度（Illuminance）：投射在單位面積上的光通量。單位：流明每平方米（lm/m2，

19、也稱為勒克斯lx，即1lm/m2=1lx）dAdE vv 注 意 ： 1） 1lx的 照 度 是 比 較 小 的 ， 在 此 照 度 下 只 能 大 致 辨 認(rèn) 周 圍物 體 。 通 常 ， 滿 月 夜 晚 的 地 面 照 度 約 為 0.2lx， 白 天 采 光 良 好 的 室內(nèi) 照 度 為 100 500lx， 晴 朗 的 室 外 太 陽(yáng) 非 直 射 下 的 地 面 照 度 為 103 104lx， 而 中 午 太 陽(yáng) 直 射 下 的 地 面 照 度 可 達(dá) 105lx。2） 照 度 越 高 ， 眼 睛 分 辨 細(xì) 節(jié) 、 低 反 差 以 及 色 調(diào) 的 能 力 越 強(qiáng) 。 因此 ， 不

20、同 活 動(dòng) 需 要 不 同 的 照 度 級(jí) 別 。 3.6 照度 在 通 常 照 明 條 件 下 ， 將 20lx的 平 均 照 度 取 為 非 工 作 區(qū)的 最 小 照 度 ， 它 相 當(dāng) 于 剛 能 識(shí) 別 人 的 臉 部 特 征 的 約 為1cd/m2的 亮 度 。 對(duì) 于 長(zhǎng) 期 有 人 活 動(dòng) 的 房 間 ， 其 最 小 照 度 要 求 為 200lx的 平 均 照 度 ， 此 時(shí) 能 輕 松 而 清 楚 的 看 到 人 的 面 部 特 征 。 對(duì) 于 學(xué) 習(xí) 和 辦 公 等 場(chǎng) 合 ， 要 求 的 最 低 有 500lx的 照 度 。 對(duì) 于 工 作 區(qū) 的 照 明 ， 為 獲 得

21、 滿 意 的 視 覺(jué) 效 果 ， 優(yōu) 先 選擇 的 照 度 范 圍 為 1000 2000lx。 但 從 經(jīng) 濟(jì) 和 節(jié) 能 的 角 度考 慮 ， 對(duì) 于 一 般 的 作 業(yè) 照 明 ， 所 選 擇 的 照 度 值 比 此 范 圍低 。 3.6 照度 表 對(duì) 不 同 類 型 活 動(dòng) 推 薦 的 照 度 范 圍活 動(dòng) 類 型 照 度 (lx)方 向 指 示 和 簡(jiǎn) 單 的 視 覺(jué) 工 作（ 公 共 空 間 ） 30-100普 通 視 覺(jué) 工 作 （ 商 業(yè) 、 工 業(yè)和 居 室 應(yīng) 用 ） 300-1000專 門 視 覺(jué) 工 作 ， 包 括 與 很 小或 低 反 差 物 件 有 關(guān) 的 工 作

22、3000 10,000 3.6 照度 表 對(duì) 各 種 場(chǎng) 合 和 勞 動(dòng) 形 式 的 推 薦 照 度 值場(chǎng) 合 或 活 動(dòng) 推 薦 照 度 （ lx）戶 外 和 非 工 作 區(qū) 域 20（ 在 通 常 照 明 條 件 下非 工 作 區(qū) 的 最 小 照 度 ）通 行 區(qū) 域 ， 簡(jiǎn) 單 定 向 或 短 暫 停 留 100不 連 續(xù) 用 于 工 作 目 的 的 房 間 150視 覺(jué) 簡(jiǎn) 單 的 作 業(yè) 300一 般 視 覺(jué) 作 業(yè) 500對(duì) 視 覺(jué) 有 要 求 的 作 業(yè) 750有 困 難 的 視 覺(jué) 要 求 的 作 業(yè) 1000有 特 殊 視 覺(jué) 要 求 的 作 業(yè) 1500 非 常 精 確 的

23、 視 覺(jué) 作 業(yè) 2000 3.6 照度 日照環(huán)境下的照度 3.6 照度 照度與易讀性 3.6 照度 2、點(diǎn)光源產(chǎn)生的照度一般當(dāng)光源的最大尺寸不超過(guò)光源至被照平面間的最小距離的五分之一（立體角小于0.002sr）時(shí)，就 可將此光源看作點(diǎn)光源。N平面的P點(diǎn)照度(法線照度)平方反比定律H平面的P點(diǎn)照度余弦定律 cos2lIdAdE vhvvh 2lIdAdIdAdE vnvnvvn 3.6 照度 S1面：E1= = ；1S cos2S S2面：E2= ； 2S S1=S2 cos 顯而易見(jiàn)：E2=E1cos 將它與照度的平方反比定律結(jié)合起來(lái)就有 ： E2S2E1S1d為 光 源 到 S1平 面 的

24、 垂 直 距 離I cos2lIE 3.6 照度 322 2 coscos)cos/( cos hIh I lIdAdE vv vhvvh H平面的P點(diǎn)照度余弦立方定律應(yīng)用：蝙蝠翼配光曲線計(jì)算h為光源與被照平面的距離如果H為水平面，則Evh可稱為P點(diǎn)的水平照度。 3.6 照度P點(diǎn)垂直照度（即V平面的P點(diǎn)照度） E vvEvv V平面 sincossin)cos/( sin 222 2 dIh I lIdAdE vv vvvvv 法 線 照 度 ： 2LIEn cosnh EE 垂 直 面 照 度 ： sinnp EE 水 平 面 照 度 ： 3.6 照度 點(diǎn)光源的尺度要求 點(diǎn)、線、面、體光源

25、3.6 照度 2 3.6 照度 朗伯點(diǎn)光源照度計(jì)算 0I 42032 coscos hIhIE cos0 II)(cos100cos1.01 442 lxE cmh 10 3.6 照度3、多個(gè)點(diǎn)光源產(chǎn)生的照度 一般的照明光源不存在相干的問(wèn)題，因此當(dāng)有n個(gè)點(diǎn)光源同時(shí)照射工作面時(shí)，n個(gè)點(diǎn)光源產(chǎn)生的照度等于每一點(diǎn)光源分別產(chǎn)生的照度的總和。 2cosn nn lIE In 光源在照度計(jì)算點(diǎn)方向的發(fā)光強(qiáng)度;n 光源至照度計(jì)算點(diǎn)的連線與光源至照度計(jì)算平面的垂線之間夾角的余弦;ln 光源至照度計(jì)算點(diǎn)的距離。 3.6 照度4、面光源產(chǎn)生的照度 22 coscos cos)cos( cosrSLdSd rSdL

26、 dSLdd 由面元dS（亮度為L(zhǎng)）發(fā)出并照射在面元dS上的光通量為 )( 2 coscos光 源 表 面 rLdSE dS和dS的地位是對(duì)稱的，得到光源和被照面可以互易的結(jié)論，即若dS是亮度為L(zhǎng)的面光源，它將產(chǎn)生同樣的光通量照射在dS上。 3.6 照度5、平均平面照度 當(dāng)照明器分布比較均勻，在被照面上各點(diǎn)產(chǎn)生的照度比較均勻時(shí)，平均照度能表征工作面上照明的數(shù)量和質(zhì)量。此時(shí)，照明設(shè)計(jì)可以采用比較簡(jiǎn)單的平均照度計(jì)算法而使得計(jì)算簡(jiǎn)化。 平均照度計(jì)算通常采用所謂“流明法”。這個(gè)方法是計(jì)算落到工作面上的總光通量除以被照面的面積。 AE vv 3.6 照度6. 非平面照度 在照明設(shè)計(jì)中，照明質(zhì)量的主要指標(biāo)

27、之一照度水平通常指平面照度。但是，當(dāng)評(píng)價(jià)照明質(zhì)量時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)在相同的照度水平下，當(dāng)光線來(lái)自不同的方向時(shí)會(huì)有非常不同的照明效果，僅僅考慮平面照度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。所以用平均球面照度和平均柱面照度來(lái)表現(xiàn)被照物體的立體感。 3.6 照度（1）平均球面照度 平均球面照度表示位于受測(cè)點(diǎn)處一個(gè)無(wú)限小的球面上的平均照度。 I 2222 44 dIrdrIAE vs 3.6 照度（2）平均柱面照度 平均柱面照度是指位于空間某點(diǎn)處的一個(gè)小圓柱體測(cè)表面上的平均照度，它表示位于空間某點(diǎn)處的垂直面照度。 22 sin2 sin2 lIrhlrhIAE vc 3.7 發(fā)光效率發(fā)光效率(Luminous Efficiency

28、)：光源把消耗的能量（注：光源的輸入電功率）轉(zhuǎn)換為視覺(jué)的能力。 單位：lm/W，即每瓦電力所發(fā)出的光的量，其數(shù)值越高表示光源的效率越高。 P vv 發(fā)光效能(luminous efficacy):系統(tǒng)(光源+電器)發(fā)出的光通量/系統(tǒng)的輸入功率。 3.7 發(fā)光效率 3.7 發(fā)光效率常見(jiàn)光源的光效: 白熾燈 10-12lm/w 鹵鎢燈 15-20lm/w 熒光燈-鹵磷酸鈣粉 50-70lm/w -三基色粉 80104lm/w 高壓汞燈 54lm/w 高壓鈉燈 70-120lm/w 金鹵燈 60-90lm/w 陶瓷金鹵燈 85-100lm/w LED(白) 60-150lm/w 3.8 各個(gè)物理量的

29、關(guān)聯(lián) 光通量、光效、光強(qiáng)和亮度反應(yīng)光源特性的基本量，說(shuō)明的是 光源的發(fā)光情況。 照度是表征被照物接受光通強(qiáng)弱的物理量，有著本質(zhì)的區(qū)別。亮度亮度 vEv Iv v=EvS v=IvIv=El2 光通量 v（lm） 光強(qiáng)Iv（cd） 照度Ev（lx） l（m）光源到照射點(diǎn)的距離3.8 各個(gè)物理量的關(guān)聯(lián) 3.2 輻通量與光通量光譜光效率函數(shù)歸一化： 光譜光視效率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。引 起 的 明 亮 感 覺(jué) 的 程 度 的 單 色 輻 射 所波 長(zhǎng)的 相 對(duì) 值 代 表 等 能 光 譜和 )(V)(V )( V )(V 在月色朦朧的夜晚，總感到周圍一切籠罩一層藍(lán)灰色的色彩 Wmv Wv meeV 1)

30、( 1)(|)( |)()( 3.3 發(fā)光強(qiáng)度 3.3 發(fā)光強(qiáng)度 表 室 內(nèi) 外 照 明 的 亮 度 分 布 情 況亮 度 （ cd/m2） 亮 度 分 類1 推 薦 的 道 路 亮 度2 剛 能 識(shí) 別 人 臉 部 特 征 的 亮 度51020 能 滿 意 辨 認(rèn)50 墻 和 天 棚 的 優(yōu) 選 亮度 優(yōu) 選 的 作 業(yè) 亮 度1002005001,000 一 般 照 明 燈 具 允 許 的 亮 度 值2,0005,00010,000 3.5 光出射度 理想漫反射面的出射度： )1(,M LLE vv 1 2 (a) (b) (c) 3.6 照度 照度與易讀性 3.6 照度 點(diǎn)光源的尺度要求 點(diǎn)、線、面、體光源 3.7 發(fā)光效率常見(jiàn)光源的光效: 白熾燈 10-12lm/w 鹵鎢燈 15-20lm/w 熒光燈-鹵磷酸鈣粉 50-70lm/w -三基色粉 80104lm/w 高壓汞燈 54lm/w 高壓鈉燈 70-120lm/w 金鹵燈 60-90lm/w 陶瓷金鹵燈 85-100lm/w LED(白) 60-150lm/w