照明基礎知識(一)——照明裝置

2017-05-21 10:05:00
暢想照明
原創
372

1. 基本照明專業度量與單位


以下四種基本照明專業度量與單位


數量Quantity

符號

單位

光束(光通量) Luminous Flux

?

流明 lumen

光度 Luminous Intensity

I

燭光 Candela

照度 Illuminance

E

勒克斯 Lux

輝度 Luminance

L

單位面積的光度 Candela per square metre (cd/m2)


照明度量與單位的關系 :


光通量 (f) 與光度 ( I ) 的關系


光度 ( I )與照度 (E) 的關系


射入角的余弦定律Cosine Law與垂直照度


照明度量會使用兩組不同的參數 :


當在已知的照明電磁輻射下考量,我們會一方面著重能量效率與另一眼睛視覺靈敏度方面;基本上這是兩種截然不同的考量角度,在照明量化過程中是完全不同的數據。為了解決這個疑慮,通常將依照明工程實例中最合宜的方案來取決:即,產品的耗電量與眼睛視覺靈敏度,因此,光是人類眼睛視覺靈敏度條件下光線投射的衡量基礎。



光的瓦特數 The Light Watt :


眼睛視覺靈敏度會隨著燈的波長而變化;在白晝明亮環境時,眼睛對中波長黃綠色光 (555 nm) 最敏銳;由此,在波長555 nm環境下一個電源能量(瓦特)轉換成光能量 (瓦數),在不同波長的可見光下一個瓦特能量,將會隨著白晝眼睛視覺靈敏度的光譜中各種因素而改變,這個變化曲線稱為白晝視覺曲線 V(l);如此一來,光的瓦特數是取決于光的波長,例如:一個波長 490 nm 光是坐落在波長 555 nm 白晝眼睛視覺靈敏度曲線中百分之二十的位置,且一個波長 490 nm 光只能將一個電源能量(瓦特) 轉換等于0.2 個光能量 (瓦數)。


在低亮度水平,整個眼睛視覺靈敏度曲線會左移 (相當于靠近較短波長) 而其最敏銳的高點是 507 nm位置,這個曲線被稱為夜晚視覺靈敏度曲線。


燭光 The candela :


光的瓦數是將可見光的視覺感受轉換成量化的單位,并排除了一些仿真兩可的因素??墒?,雖然光的瓦數曾是以前的光學標準與遵循公式,也由此衍生出光的單位 - 原先是稱"燭光源 candle power",之后在1948年被簡稱為 "燭光  candela" ,而這才是符合真實的光度有方向特性的單位;有一燭光光度的光源每秒鐘向四面八方投射的量就被稱為 "流明 lumen",這個基本標準一直持續使用至今。


最佳的光譜光源效率Maximum spectral luminous efficacy


經由計算后,可知在波長555nm環境下一個電源能量(瓦特)相當于683 流明,這也是"最高的光譜光源效率",如在波長490nm環境下一個電源能量(瓦特)相當于137流明(0.2x683=137lumens) 。因此,流明就可定義成眼睛視覺靈敏度下每秒鐘對光源發出的量的總合。


2. 余弦法則


平面上不垂直于照射方向的任意一點的照度等于該點方向的照度除以該點到光源距離的平方。該照度值必須乘以入射光線和平面垂線夾角g的余弦(圖八),因而得到:



該公式被稱為余弦法則。


對于水平表面,為方便起見經常把上面的公式加以修改:替換表面上光源距離(d)作為光源高度h的一個函數。


如果光線不是垂直到達平面而是和平面成一夾角g,則得到下面的公式:





 


光源,距離'd',平面A


垂直照度


按照類似推理,該點的垂直照度是:


 


3. 照度定義


照度-符號E,單位勒克斯(lx)


照度定義


照度是指落在表面單位面積上的光照總量或光通量(如圖所示)。它由符號E表示。計量單位是勒克斯(lx)。1勒克斯等于1流明/平方米 (lm/m2 )



照度可被定義為:


表面入射光通量與表面面積的比率


或:


照明度不受光通量到達表面的方向影響。


一些實際例子:


夏日正午在多云的天空下

100 000 勒克斯

同上,但在陰影里

10 000 勒克斯

戶外,在布滿厚重云層的天空下

5000 勒克斯

人造光,在光亮的辦公室里

1000 勒克斯

人造光,在普通的起居室里

100勒克斯

街道照明

5-30 勒克斯

滿月,在明凈的夜晚

0,25 勒克斯


4. 輝度的定義 Definition of luminance


輝度Luminance - 符號是L,其單位是每平方公尺的燭光數 (cd/m2)


輝度的定義Definition of luminance


輝度是指從某一方向的一個表面積單位所放射光的量;這個表面可能是自行發光或只是傳送光的物體─就如同光源或太陽─但也可能是其它發光體反射的光線(就像街道的亮光是來自街燈,而街道的亮光就成為第二個光源)。輝度的符號是L,其單位是每平方公尺的燭光數 (cd/m2)。


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