照明知識(shí) (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(huì)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(huì)一方面著重能量效率與另一眼睛視覺(jué)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(guò)程中是完全不 同的數(shù)據(jù)。 為了解決這個(gè)疑慮， 通常將依照明工程實(shí)例中最合宜的方案來(lái)取決： 即，產(chǎn)品的耗電量與眼睛視覺(jué)靈敏度， 因此， 光是人類眼睛視覺(jué)靈敏度條件下光線投射的衡量基礎(chǔ)。

四、光的瓦特?cái)?shù) The Light Watt :

眼睛視覺(jué)靈敏度會(huì)隨著燈的波長(zhǎng)而變化； 在白晝明亮環(huán)境時(shí)， 眼睛對(duì)中波長(zhǎng)黃綠色光 (555 nm) 最敏銳； 由此， 在波長(zhǎng) 555 nm 環(huán)境下一個(gè)電源能量(瓦特) 轉(zhuǎn)換成光能量 (瓦數(shù)) ， 在不同波長(zhǎng)的可見光下一個(gè)瓦特能量， 將會(huì)隨著白晝眼睛視覺(jué)靈敏度的光譜中各種因素而改變， 這個(gè)變化曲線稱為白晝視覺(jué)曲線 V(l) ； 如此一來(lái)， 光的瓦特?cái)?shù)是取決于光的波長(zhǎng)， 例如： 一個(gè)波長(zhǎng) 490 nm 光是坐落在波長(zhǎng) 555 nm 白晝眼睛視覺(jué)靈敏度曲線中百分之二十的位置， 且一個(gè)波長(zhǎng) 490 nm光只能將一個(gè)電源能量(瓦特) 轉(zhuǎn)換等于 0. 2 個(gè)光能量 (瓦數(shù)) 。

在低亮度水平， 整個(gè)眼睛視覺(jué)靈敏度曲線會(huì)左移 (相當(dāng)于靠近較短波長(zhǎng)) 而其最敏銳的高點(diǎn)是 507 nm 位置， 這個(gè)曲線被稱為夜晚視覺(jué)靈敏度曲線。

五、燭光 The candela :

光的瓦數(shù)是將可見光的視覺(jué)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(jiǎn)稱為 '燭光candela' ， 而這才是符合真實(shí)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(gè)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(jì)算后， 可知在波長(zhǎng) 555nm 環(huán)境下一個(gè)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(zhǎng) 490nm 環(huán)境下一個(gè)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(jué)靈敏度下每秒鐘對(duì)光源發(fā)出的量的總合。

七、照度定義

照度-符號(hào) 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(hào) E表示。 計(jì)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(dá)表面的方向影響。

一些實(shí)際例子：

八、余弦法則

平面上不垂直于照射方向的任意一點(diǎn)的照度等于該點(diǎn)方向的照度除以該點(diǎn)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(duì)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(gè)函數(shù)。

如果光線不是垂直到達(dá)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(diǎn)的垂直照度是：

九、輝度的定義 Definition of luminance

輝度 Luminance - 符號(hào)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(gè)表面積單位所放射光的量； 這個(gè)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(yáng)─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(lái)自街燈， 而街道的亮光就成為第二個(gè)光源) 。 輝度的符號(hào)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(huì)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(gè)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(gè)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(huì)不同， 也就是將有不同的輝度。 如同光度與外觀視野會(huì)隨距離不同而改變， 輝度也會(huì)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(huì)有漫射或反射現(xiàn)象。

TOP = 頂點(diǎn)；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(shuō)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(jiǎn)易測(cè)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(shí)例： (cd/m2= 燭光/平方公尺)

十一、光束 (光通量) Luminous flux – 表示符號(hào) 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(jiǎn)單的說(shuō)就是發(fā)光量， 表示符號(hào)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(cè)得的數(shù)量。

以下是常見光源的光通量對(duì)照表：

十二、光源效率 Luminous efficacy

經(jīng)由以上光通量對(duì)照表， 光源耗電量與散發(fā)出光通量之間的并無(wú)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(lái)， 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(hào) 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(hào)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(gè)立體角是可由一個(gè)頂點(diǎn)與圓錐體的曲面所環(huán)繞空間大小所度量出來(lái)。

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(diǎn)是一光源所在， 再讓光束平均 地投射出來(lái)， 而光束是經(jīng)由一個(gè)小孔延著立體角投射并形成一個(gè)圓錐體， 該光源的強(qiáng)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(gè)隨意半徑 (r) 的球面且含有以頂點(diǎn)為中心的圓錐體， 這小半個(gè)球體表面是由圓錐體所環(huán)繞的并對(duì)應(yīng)該圓錐體的立體角(w) 所形成； 假若此小半個(gè)球體表面積等于半徑的平方(r2 ) ， 而對(duì)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(gè)球體表面積不等于半徑的平方(r2 ) 時(shí)， 該面積將等于 A ， 而這立體角球面度。

整個(gè)球體就包含了 4p 球面度 A whole sphere contains 4p steradians

最大的立體角將會(huì)含蓋了一整個(gè)球體， 而一個(gè)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(gè)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(wú)法平均地向四面八方投射。 這部份要非常謹(jǐn)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(wèn)題！ 〉 。 所以， 針對(duì)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(gè)點(diǎn)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(gè)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(shí)， 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(shí)， 該平面照度將是: 100/22= 25lux 勒克斯。

這個(gè)關(guān)系就稱為反平方定律， 但直接的說(shuō)， 這只適用于點(diǎn)光源； 一般而言， 這個(gè)定律最適用于該光源至該測(cè)量點(diǎn)的距離大于該光源最大面積的三倍長(zhǎng)以上； 以另一方面實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)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(zhǎng)。

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(gè)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(shuō)明， 一個(gè) 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(gè)算式只適用于有限的實(shí)例； 唯有光源放射至任何方向的光度都是一致的才適用。