光学基础培训知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,博深半导体照明有限公司,LED照明培训基础,内容,I 照明基础知识,II LED照明,I 照明基础知识,光的基础知识,1.光的本质,2.颜色,3.光的基本单位,4.光源的种类,照明基础知识,1.视觉特性,2.照明质量参数,3.照明方式,4.灯具,光的基础知识,1、光的本质,光是电磁波，可见光的波长从380nm-780nm,光谱图,2、颜色,光的颜色,色温,被照物体的颜色,显色性,任何物体的表面色取决于,物体表面对光线的选择性反射,表面颜色的体现取决于,光谱中的光波波长,光的颜色：色温,色温：,将一标准黑体（如：铁）加热，温度升高到一定程度时，颜色开始由深红浅红橙黄白蓝，逐渐改变，利用这种光色变化的特性，某光源与黑体颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。,光的颜色：色温,色温与感觉,光的颜色：色温,被照物体的颜色：光的显色性（显色指数Ra),定义：,衡量光源显现被照物体真实颜色的能力，显色指数（0-100）越高，光源对颜色的再现越接近自然色。,任何物体的表面颜色,取决于,物体表面对光线的选择性反射,表面颜色的体现,取决于,光谱中的光波波长,被照物体的颜色：光的显色性（显色指数Ra),被照物体的颜色：光的显色性（显色指数Ra),3、光的基本单位,光通量,定义：每秒钟光源发出光的总和,单位：流明（Lm),符号：,50W冷光杯 380Lm,18W节能灯 1200Lm,36W荧光灯（840） 3350Lm,36W荧光灯（33） 2850Lm,150W陶瓷金卤灯 14200Lm,150W石英金卤灯 12900Lm,光强,定义：在某一方向上单位立体角内辐射的光通量,单位：坎德拉cd,符号：,光束角,定义：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%强度的圆锥角为光束角,相同功率的灯杯光束角越大其中心光强越小，出来的光斑越宽越柔和，相反光束角越小其中心光强越大，出来的光斑越窄越生硬。,照度,定义：某一表面上单位面积入射光通量,单位：勒克斯（Lux),符号：,E,照度是用来说明被照面（工作面）上被照射的程度,亮度,定义：光源在某一方向的光强与人眼所见到的“面积”之比,单位: cd/m2,符号：,L,亮度是用来表示物体表面发光（或反光）强弱的物理量,太阳表面 1，650，000，000cd/m2,白炽灯灯丝 7，000，000cd/m2,荧光灯管 5000-15000cd/m2,满月的月表面 2500cd/m2,阳光下的海难 1500cd/m2,一般道路照明路面 0.5-2cd/m2,光源的平均寿命,定义：在规定条件下，每3小时开关一次，每天开关8次，点燃批量光源， 其完好率为50%的小时数,单位: H,光源的流明维持率,定义：灯管在寿命期间光输出的减少,光源的效率（Lm/W),定义：通常简称为光效，光源效率=流明/耗电量,单位：流明每瓦（lm/w),光效是描述光源的质量和经济的光学量，它反映了光源在消耗单位能量的同时辐射出光通量的多少,4、光源种类,常用光源,白炽灯类,放电灯类,固体发光类,LED,低压放电灯,荧光灯管,节能灯,电磁感应灯,低压钠灯,普通白炽灯,柔彩泡,投射灯,特殊白炽灯,卤钨灯,石英杯,泡状灯,高压放电灯,金卤灯,高压汞灯,高压钠灯,热辐射产生的连续光谱,选择性辐射体产生的线光谱,各种光源技术指标,2、照明基础知识,视觉敏锐度与下列因素有关：,人眼品质,对比度,观测时间-适应性,年龄因素与视觉灵敏呈负增长关系,视觉特性,照明质量参数,照度水平,亮度分布,眩光控制级别,光的空间分布,光色和显色性,照度水平与亮度分布,由于不同的国家，地区、由于受经济等各种条件的影响，即使是同样的环境其照度的量是不相同的，同时不同的地点、环境、由于所从事的工作或人的不同照度的量也是不同的 。,工作面上的照度分布要求均匀。为使工作面照度处于比较均匀的状态，要求做到局部照度与一般分布要求均匀。（CIE要求，局部工作面的照明最好不大于平均值的25%）。一般照明中的最小照度与平均照度之比（即照度均匀度）规定在0.7以上。,各表面要有适当的亮度分布与照明分布。,要创造一个良好的使人感到舒适的照明环境，就需要亮度分布合理和室内各个面的反射比选择适当，照度的分配也应与之相配。,照度水平与亮度分布,办公楼建筑照明的照度标准值（摘自GBJ 133-90 ）,眩光,定义：视野内有亮度极亮的物体或强烈的亮度对 比，则可引起不舒适或造成视觉降低的现象 。,眩光可分失能眩光与不舒适眩光，凡是降低人眼视力的眩光，使人产生不快之感称为不舒适眩光。,眩光,眩光产生的原因：由于高亮度的刺激。使瞳孔缩小。由于角膜式晶体等眼内组织产生散射，在眼内形成光幕；由于视网膜受高亮度的刺激，使适应状态破坏,灯具产生眩光的主要因素：光源的亮度（亮度越高，眩光越显著）光源的位置（越接近视线，眩光越显著）光源外观大小与数量（表面积越大，光源数目越多，眩光越显著）周围的环境（环境亮度越暗，眼睛的适应亮度很低，眩光也就显著）,眩光,在教育、办公室、体育馆处，必须严格控制眩光，否则会明显地影响人们的学习，工作及观赏活动。因此控制不舒适眩光很重要,。,控制不舒适眩光有以下办法：接限制光源的亮度或采用透光的材料减弱眩光。用灯具的保护角度控制眩光。控制照明照度的稳定性。控制照明对象和邻近表面的亮度的比值。消除光源的频闪效果。,光的空间分布,光在空间的分布是灯具的重要特性，通常用曲线来表示，所以又叫配光曲线，配光曲线一般有三种表示方法：一是极坐标法，二是直角坐标法，三是等光强曲线。,极坐标,直角坐标,等光强曲线示意,光的空间分布,按配光特性选择灯具：一般生活用房和公共建筑物内采用直接型，均匀散型灯具或荧光灯（露的或带罩的），使顶部和墙壁均有一定的亮度，整个室内空间分布均匀。当要求垂直照度时，可采用倾斜安装的灯具，或选用不对称配光的灯具，如教室黑板照明等。大厅、门厅、会议堂、礼堂、宾馆等处的照明，除满足照明功能外，还应考虑照明灯具的装饰艺术效果，对于家庭的客厅、卧室等，随着人们生活水平的不断提高，也应作以上考虑。生产厂房采用直接型灯具较多，使光通全部投射到下方面的工作面上，若工作位置集中或灯具悬挂高度较高时，宜采用深照型灯具。一般生产采用深照型灯具。特殊用房，应根据需要选用专用灯具，如舞厅、舞台、手术室、摄影棚等。,光色和显色性,不同的场所对光源的显色指数要求是不一样的。在国际照明协会中一般把显色指数分成五类：,类别 Ra 适用范围,1A 90 美术馆、博物馆及印刷等行业及场所,1B 8090 家庭、饭馆、高级纺织工艺及相近行业,2 6080 办公室、学校、室外街道照明,3 4060 重工业工厂、室外街道照明,4 2040 室外道路照明及一些要求不高的地方,3、照明方式,一般照明,混合照明,局部照明,重点照明,环境照明,4、灯具,CIE定义：,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分配，滤光或转换。它除了包含光源外，还包含固定和保护光源所必备的元件，连接光源和供电线路的辅助电路设备等。,光学部分：反射器、透射器、遮光器,电气部分：光源、镇流器、触发器、补偿电容,机械部分：灯体、安装支架,灯具的名词解释,灯具效率：在规定条件下测得灯具发射光通量（流明）与灯具内全部光源按规定条件点燃时发射的总光通量之比。,维护系数：照明设备使用一定时期后，在工作面上产生的平均照度与设备在新安装时在同样条件下产生的平均照度之比。,嵌入式灯具：完全式部分嵌入安装表面的灯具。,普通灯具：对带电部件提供保护，但没有特殊的防尘防固体异物和防水等级的灯具。,灯具的选择,在照明设计中，灯具的选择应考虑的主要因素有：配光要求，灯具表面亮度，显色性能，眩光度。环境条件，使用环境时防护式要求。协调性，灯具的外型是否与建筑物和室内装饰协调。经济性，如灯具效率，电功率消耗，投资运作费，节能效果等。,灯具的选择,灯具防触电保护分类,为了电气安全，灯具所有带电电器部分必须采用绝缘材料等加以隔离，灯具的这种保护人身安全的措施称为防触电保护。根据防触电保护方式，灯具可分为0，I，II和III共4类。（见下表）,防护等级,什么是IP（防护等级）？,IP（International Protection）防护等级系统是由IEC（International Electro Technical Commission）所起草。将灯具依其防尘、防止外物侵入、防水、防湿气之特性加以分级。这里所指的外物包含工具、人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分，以免触电。,IP防护等级是由两个数字所组成，第一个数字表示灯具防尘、防止外物侵入的等级；第二个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度。数字越大，表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如下表所示。,表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度,表二：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度,II LED照明,LED基本知识,1、LED概述,2、LED工作原理和结构图,3、LED的优缺点,LED应用范围,LED基本知识,1、LED概述,LED 是英文Light Emitting Diode 的简称，是一种具有两个电极的半导体发光器件，让其流过小量电流就会发出可见光，第一个商用二极管产生于 1960 年。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。,2、LED工作原理和结构图,发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n 型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为p-n 结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关,。,3、LED的优点,􀃚10 万小时超长寿命；,􀃚可组成各种颜色(如RGB 等),􀃚驱动相对简单(无需触发电压),􀃚节能，效率比白灯高,并有进一步提高的潜力.,􀃚体积小,灯具设计灵活.,􀃚响应时间短；,􀃚环保：无有害金属汞。,􀃚低压，安全性高,LED的缺点,􀃚每瓦的流明成本高.,􀃚光效还没有荧光灯或HID 高.,􀃚需要驱动器驱动(不如白灯简单),LED 的几个主要生产商,􀃚LumiLeds,􀃚Osram,􀃚Cree,􀃚Nichia,􀃚东芝,很多因素使得LED 成为令人关注的高性能现代电子技术。,更高的输出效率,延长了电池寿命，非常适合便携产品的应用。,LED 快速的开关特性,在机动车尾灯的应用上可以得到完美的体现。尤其是刹车灯上的应用，它可以给驾驶者提供更多的反映时间，提高驾车的安全性。,LED 不含有铅和汞,在背光应用上，红绿蓝三原色LED 满足了ROHS 标准。,由于具有较宽的色域,使全光谱光源照明变得容易。,LED 的寿命很长,对长期的稳定性能有较高要求的地方，例如交通灯。,LED 由于它简单易实现，光动态调谐特性好，,视觉处理系统需要聚焦，闪光，和单色光源的这种场合。在卧室里，当你要放松时，你可以将它设置成绿光，当要看斗牛节目的时候，可以设置成红光。,有可能，但是不幸的是一些LED 的效率数据只是停留在规格书上。问题在于LED 产生的相当一部分光在封装材料表面被反射回了LED 芯片，对于这样的事实LED 本身也无能为力。这部分反射回来的光可能是被半导体材料吸收然后转换成热量一样。,led光效 150Lm/W,白炽灯 15,Lm/W,，,荧光灯 70,Lm/W,能否取代,这些技术还要取决于制作工艺的变化程度和比较高的额外费用来确保性能稳定。因此尽管LED在工业上正在被快速的采纳，但LED 的发展还有很长的路要走。,抗放射涂层,以减少光的反射量和提高效率,使用半球体封装，将LED 芯片放在中央，以降低反射角,LED 目前在照明行业中的主要应用范围,* 建筑物外观照明,* 娱乐场所及舞台照明,* 室内空间展示照明,* 道路、景观照明,* 标识与指示性照明,* 交通信号灯、视频屏幕,谢谢,结束语,