照明技術(shù)基本參數(shù)

這里介紹各種有關(guān)照明技術(shù)參數(shù)（Parameter），尤其是關(guān)于視覺（Vision）、測(cè)光（Photometry）、比色（Colorimetry）以及輻射線測(cè)量（Radiometry）之間的關(guān)系。

圖1所示是人眼對(duì)白天（Photon Vision）與夜間（Scotopic Vision）對(duì)可見光的感應(yīng)強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，V（λ）是白天視覺，V’（λ）是夜間視覺，在白天眼睛對(duì)波長(zhǎng)為555nm的光感強(qiáng)度最高，而晚上則對(duì)波長(zhǎng)為507nm的光最敏感。此圖是1924年國(guó)際照明委員會(huì)（CIE：International de I’Edairage）得到的。一般情況下，光進(jìn)入視網(wǎng)膜（Retina）后，將光變成神經(jīng)振動(dòng)。視網(wǎng)膜的接收器有兩種，就是小桿枝（Rod）及圖錐（Cone），小桿枝是在夜晚較靈敏的接收器，但不能辨別顏色，因?yàn)樗挥幸粋€(gè)色素。高照明時(shí)，小桿枝的反應(yīng)飽和，光全部到圓錐接收器，圓錐有三個(gè)色素（Pigment），即L型或長(zhǎng)波長(zhǎng)（Erythrolabe）、M型中波長(zhǎng)（Chlorolabe）及S型最短波長(zhǎng)（Cyanolabe），所以可以辨別顏色。



一般，在輻射線測(cè)量（Radiometry）時(shí)所用單位是瓦[特]（W），而測(cè)光（Photometry）時(shí)，則使用單位是流[明]（lumen，lm），其關(guān)系列在表1中。



由表可知，在555nm時(shí)，1W=683lm。發(fā)光效率（Luminous Efficiency）K是很重要的參數(shù)。



式中，R是輻射能量，單位是W；L是感光能量，單位是l；ηL是發(fā)光效率（Luminous Efficiency）也被稱為照明效率，單位是lm/W；ηR是輻射發(fā)光效率（Radiant Efficiency），其單位是0到1，因?yàn)?eta;R=R/P，R是輻射能量，P是入射功率，兩者單位相同，而ηL=L/P=ηRK，所以單位是lm/W。

比色(Colorimetry)用于測(cè)量顏色，有關(guān)參數(shù)包括三原色值（Tristimulus Value）、色度坐標(biāo)（Chromoticity Coordinate）、色溫（Color Temperature）、演色性或顯色性（CRI：Color Rendering Index）。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，一般顏色可以由三個(gè)基本或主要的顏色（Primary Colors）來(lái)代表，例如紅色（R）、藍(lán)色（B）及綠色（G），但有些顏色無(wú)法用這三種正值（Positive Amount）來(lái)代表，尤其是接近單色（Monochromatic）的顏色，因此采用假定的三個(gè)單位X、Y、Z來(lái)代表，即



其中，是標(biāo)準(zhǔn)色彩匹配函數(shù)（Color Matching Function），是1931年CIE所采用的理想觀察者的特性，如圖2所示。



為方便起見，引入x，y坐標(biāo)，即



所示只要用x，y兩個(gè)坐標(biāo)即可。圖3是1931年的CIE色度圖（Chromaticity Diagram），圖中示出了380~780nm的光譜軌跡。圖4所示是黑體發(fā)熱體的光譜，圖5所示是普朗克曲線在不同色溫時(shí)的等溫直線，這些溫度被稱為色溫或相關(guān)色溫（Correlated Color Temperature）。如圖3所示的普朗克曲線中，A點(diǎn)是鎢絲色溫2856K，B點(diǎn)是在太陽(yáng)光直射下的4870K，C點(diǎn)在多云天氣時(shí)的6770K，而D65則是白天為6504K。另外，E點(diǎn)x=y=0.3333是x、y等值點(diǎn)。一般，色溫在800~3000K時(shí)有溫暖感覺，色溫3000K是接近白熾光的色溫，使人感覺輕松舒適，適用于住宅、旅館、餐廳等。而色溫在4000~5000K冷的且柔和的陽(yáng)光適合辦公室、學(xué)校及醫(yī)院等，色溫6000~8000K的藍(lán)白-深藍(lán)色光，較且冷清，適合工業(yè)廠房等。

 

 

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圖6示出不同區(qū)域的顏色分布圖，可以用來(lái)組合所需要的顏色。例如，白色就可以用很多顏色組合而成。在圖7中用藍(lán)色加上黃色可以得到白色，另外用綠色、黃綠色、橙色加紫色也可以得到白色。圖8指出三種不同的光譜，包括白天、日光燈及鎢絲白熾燈均可得到白色。









因?yàn)?931年CIE色度圖（圖3）中，由白色中心到綠色及藍(lán)色比到紅色要遠(yuǎn)，所以1960年CIE采用u、v坐標(biāo)及下列關(guān)系式改換x、y坐標(biāo)：



由此得到圖9所示的色度圖，同時(shí)因?yàn)閳D1.22不對(duì)稱，又通過(guò)如下坐標(biāo)變換得到圖10所示的u’-v’坐標(biāo)色度圖：

 

 

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另一個(gè)與照明有關(guān)的主要參數(shù)是演色性（CRI：Color Rendering Index），用Ra值表示，Ra最大值是100。演色性是物體在某種光源下所呈現(xiàn)的顏色與在太陽(yáng)光照明環(huán)境下所呈現(xiàn)的真正顏色的比較，如果完全一樣，則得到演色性最高值Ra=100，如果有偏差，則其值也減小。一般照明用的Ra值應(yīng)大于80，目前汞燈及高壓鈉燈的Ra值僅約20，所以照射在物體上的光的顏色有一種奇怪的感覺，不適合用于照明，只能用于指示燈。各種場(chǎng)合照明光源需要的值Ra如下：零售賣場(chǎng)90+，家庭室內(nèi)80，室外活動(dòng)60，室外行人60+，室外普通照明40+。按現(xiàn)有技術(shù)，藍(lán)光+黃色熒光粉的Ra約60+，藍(lán)光+綠色及紅色熒光粉的Ra約90+。如用二色500nm+590nm波長(zhǎng)LED，Ra值約40,用三色（610nm+540nm+470nm）LED，Ra約80+，用四色(415nm+533nm+590nm+625nm)LED則可得Ra值約90+。





若要測(cè)量某一光源的演色性，可用圖11所示的8種試驗(yàn)樣品來(lái)測(cè)量光源的反射光譜，然后與圖8的1964年的CIE圖比較，找到其u、v坐標(biāo)，計(jì)算出每一種樣品的值，再計(jì)算8種樣品的平均值得到Ra值。

這8種樣品是：淺灰紅色（Light Grayish Red）、暗灰黃色（Dark Grayish Yellow）、深黃綠色（Strong Yellow Green）、中等黃綠色（Moderate Yellowish Green）、淺藍(lán)綠色（Light Blue Green）、淺藍(lán)色（Light Blue）、淺紫色（Light Violet）和淺紅紫色（Light Redish Purple）。

事實(shí)上要得到更精確的結(jié)果，則需要用14種樣品，另外6種樣品是：深紅色（Strong Red）、深黃色（Strong Yellow）、深綠色（Strong Green）、深藍(lán)色（Strong Blue）、淺黃粉色(Light Yellow Pink)及中等綠色（Moderate Olive Green）。因?yàn)镽a是深紅色，對(duì)無(wú)紅色的熒光粉將影響其Ra值。

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