照明知識 (from Philips)

一、基本照明專業(yè)度量與單位

以下四種基本照明專業(yè)度量與單位

二、照明度量與單位的關(guān)系 :

光通量 (f) 與光度 ( I ) 的關(guān)系

光度 ( I ) 與照度 (E) 的關(guān)系

射入角的余弦定律 Cosine Law 與垂直照度

三、照明度量會使用兩組不同的參數(shù) :

當(dāng)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(shù)據(jù)。 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(chǎn)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(chǔ)。

四、光的瓦特數(shù) 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(huán)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(huán)境下一個電源能量(瓦特) 轉(zhuǎn)換成光能量 (瓦數(shù)) ， 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(shù)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(zhuǎn)換等于 0. 2 個光能量 (瓦數(shù)) 。

在低亮度水平， 整個眼睛視覺靈敏度曲線會左移 (相當(dāng)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。

五、燭光 The candela :

光的瓦數(shù)是將可見光的視覺感受轉(zhuǎn)換成量化的單位， 并排除了一些仿真兩可的因素。 可是， 雖然光的瓦數(shù)曾是以前的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)一直持續(xù)使用至今。

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

經(jīng)由計算后， 可知在波長 555nm 環(huán)境下一個電源能量(瓦特) 相當(dāng)于 683 流明，這也是"最高的光譜光源效率"， 如在波長 490nm 環(huán)境下一個電源能量(瓦特) 相當(dāng)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(fā)出的量的總合。

七、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

照明度不受光通量到達表面的方向影響。

一些實際例子：

八、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(jīng)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(shù)。

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：

九、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(shù) (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(fā)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(fā)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(shù) (cd/m2 ) 。

輝度可被定義成： 從某一方向反射的光束在單位面積的比率。

以不同角度檢視會有不同的視野

所謂視野指的是以不同角度檢視物體， 其反射的表面； 例如， 綜合一個球體在任一角度的橫斷面的外觀視野都是球形， 得知其是一個球體。

即使以相同照度投射在不同物體， 其反射表面的光度也會不同， 也就是將有不同的輝度。 如同光度與外觀視野會隨距離不同而改變， 輝度也會因距離不同而有所改變； 換言之， 輝度通常是隨著檢視的方向角度而改變， 除非該物體表面會有漫射或反射現(xiàn)象。

TOP = 頂點；SIDE = 側(cè)面；FRONT = 正面

十、照明品質(zhì)最重要的要素 The most important lighting quality

真正影響我們"視"的效果是照度， 或者應(yīng)該說是在檢視范圍中照度的差異度； 照度也是照明工程的三大簡易測量數(shù)據(jù)(光通量， 光度與照度) 中最重要的。

以下是常見的實例： (cd/m2= 燭光/平方公尺)

十一、光束 (光通量) Luminous flux – 表示符號 f， 單位流明 unit lumen (lm)

Definition of luminous flux 光束 (光通量， 或稱光源的發(fā)光量)

光束 (光通量) 是指光源每秒鐘所發(fā)出的量之總和， 簡單的說就是發(fā)光量， 表示符號是 f， 而單位是流明 (lm) 。

光束 (光通量) 可定義成： 光源每秒鐘所發(fā)出的發(fā)光量與人類眼睛在光學(xué)感光度為基礎(chǔ)而測得的數(shù)量。

以下是常見光源的光通量對照表：

十二、光源效率 Luminous efficacy

經(jīng)由以上光通量對照表， 光源耗電量與散發(fā)出光通量之間的并無固定關(guān)系， 而光通量與耗電量的比率被稱作"光源效率"， 且指的是每一瓦電力所發(fā)出光的量； 如此一來， 每種光源將有各自的光源效率。

十三、光度的定義 Definition of luminous intensity

Luminous intensity 光度-表示符號 I ， 單位燭光 candela (cd)

光度的定義 Definition of luminous intensity

光度是指某一特定方向角內(nèi)每秒所放射光的量， 表示符號是 I， 而單位是燭光(cd) 。 光度可定義成： 某一特定方向角內(nèi)放射出的量(光通量) 。

由此， 將帶給我們有關(guān)立體角和它的"球面度 steradian"單位的概念； 這個立體角是可由一個頂點與圓錐體的曲面所環(huán)繞空間大小所度量出來。

一般而言， 光源的光束并不是平均地向四面八方放射， 而是向某一特定方向投射；

假設(shè)， 我們想象某一狹窄角度的圓錐體的頂點是一光源所在， 再讓光束平均 地投射出來， 而光束是經(jīng)由一個小孔延著立體角投射并形成一個圓錐體， 該光源的強度就稱作光度 (I) ， 其單位是燭光(cd) ， 該圓錐體的中心線就是此光源的方向。

球面度可度量出立體角 A Steradian is a measure for a solid angle

立體角的尺寸大小如同平面角的角度或弧度； 想象一個隨意半徑 (r) 的球面且含有以頂點為中心的圓錐體， 這小半個球體表面是由圓錐體所環(huán)繞的并對應(yīng)該圓錐體的立體角(w) 所形成； 假若此小半個球體表面積等于半徑的平方(r2 ) ， 而對應(yīng)于該立體角的就被叫作 "球面度 steradian"， 所以， 假設(shè)該小半個球體表面積不等于半徑的平方(r2 ) 時， 該面積將等于 A ， 而這立體角球面度。

整個球體就包含了 4p 球面度 A whole sphere contains 4p steradians

最大的立體角將會含蓋了一整個球體， 而一個半徑 r 的球體的表面積是 4pr2，這立體角將等于是

球面度； 因此半個球體將包含 2psteradians 球面度。

有關(guān)光度的概念在照明科技非常重要， 就如一般照明設(shè)備是無法平均地向四面八方投射。 這部份要非常謹慎小心處理； 當(dāng)以觀賞者而言某 些角度投射是比較重要的， 其它多余的光源就必需避免〈眩光問題！ 〉 。 所以， 針對光源或燈具的光度投射規(guī)劃， 安排恰當(dāng)?shù)耐渡浞较蚺c投射范圍將可提升光源效 率。

十四、反平方定律

Light Source = 光源

Intensity, I = 照度

h = 距離

P1 = 平面

Lux = 勒克斯

光源垂直照射至平面上某個點的照度就等于該方向的光度除以光源至該平面的距離平方， 若我們稱該距離為 h， 推演出以下公式：

舉例如下： 一個照射出 100 cd 燭光的光源， 當(dāng)在光源至垂直平面的距離為 3 公尺時， 該平面照度將是 100/3

2 = 11 lux 勒克斯； 當(dāng)在光源至垂直平面的距離為 2公尺時， 該平面照度將是: 100/22= 25lux 勒克斯。

這個關(guān)系就稱為反平方定律， 但直接的說， 這只適用于點光源； 一般而言， 這個定律最適用于該光源至該測量點的距離大于該光源最大面積的三倍長以上； 以另一方面實驗室內(nèi)測量的數(shù)據(jù)而言， 這段距離卻必需至少是光源最大面積的五至十倍長。

十五、光度 (I) 與輝度(E) 的關(guān)系-反平方定律

反平方定律

光束(光通量) (f) 與光度(l) 的關(guān)系

光束(光通量) (f) 與光度(l) 的關(guān)系

當(dāng)一個平均向四面八方放射的光源， 其某一角度的光度將等于光通量除以 ，也就是：

舉例說明， 一個 2000 流明的白熾燈泡裝在 0. 9 穿透率含有乳白玻璃外罩燈具內(nèi)，其某一角度的光度是：

這個算式只適用于有限的實例； 唯有光源放射至任何方向的光度都是一致的才適用。