目录 中山市小榄镇LED技术培训课程 LED照明光学设计技术 ..照明基础 ..道路照明设计 . LED光学设计 姚日晖 华南理工大学 2009年10月 参考资料 1.《照明设计》， [英]D.C.普里查德著，程天汇等译， 中国建筑工业出版社， 2006年 2.《照明设计入门》， [日]中岛龙兴著，马俊译，中国建 筑工业出版社， 2005年 3.《工程光学基础（一）》，毛文炜编著，清华大学出版 社，2006年 4.《城市道路照明设计》，李铁楠编著，机械工业出版 社，2007年 5.《照明手册》， [日] 照明学会编，李农、杨燕译，科 学出版社， 2005年 LED照明灯具 LED照明灯具LED照明灯具 LED照明灯具LED照明LED照明灯具LED照明 LED照明灯具 单颗LED .点光源 .发光不均匀 .亮度低 第一篇 照明基础 LED照明灯具 .由多个LED构成 .一定范围内均匀发光 .亮度高 照明基础 第一章照明的作用 ..照明的作用 ..光的产生 ..视觉系统机能 ..照明基础概念与计算 ..几何光学基础 （一）照明的目的 1.照明的定义 视觉信息 “信息”，通过五官（视觉、听觉、嗅觉、味觉和 触觉）获得的外界刺激传递到大脑，经过大脑进 行判断后指示控制下一步的行动。这里判断所依 据的有用信号（刺激）就叫信息。 良好的人工照明是获得正确且快速的视觉信息的关键！ （一）照明的目的 （一）照明的目的 照明的定义 照明是以人们的生活、活动为目的对光的利用，如： ①用光照亮可视物体及周围环境； ②使用光作用于人的情感和烘托气氛； ③通过信号、标识、展板及电气标识等传达信息， 突出显示光源自身； ④不仅使用可见光，也可使用紫外线、红外线。 2.照明工程学与照明技术 照明是视觉的基本保证，它的基础理论是照明工 程学，运用到实践中即为照明技术 照明的主要相关领域： .与人的行动、生活相关的生理学、心理学和人类工程学； .与照明设施相关的建筑学、土木工程学； .与光的产生、分布等相关的物理、化学、电气工程学等； .与利用、使用、控制相关的信息工程学等； .电气设备技术； .医疗、农业、水产等行业对光辐射的应用等。 穴居的原始人靠篝火照明和取暖 （二）照明发展简史 1.光源的变化后来逐渐学会了用火把 （二）照明发展简史 2000多年前的战国，开始用油灯照明 （二）照明发展简史 ..后来又发明了蜡烛 （二）照明发展简史 电弧灯 （二）照明发展简史 白炽灯 （二）照明发展简史 电弧灯 （二）照明发展简史 白炽灯 （二）照明发展简史 荧光灯（冷光源） （二）照明发展简史 半导体照明技术 （二）照明发展简史 （二）照明发展简史 2.推荐照度的变化 （二）照明发展简史 3.效率与经济性 .核算照明设备的经济性时，其运行费用的大部分为电费； .为使照明效率最大化，有必要进行综合的判断； .不仅仅考虑价格问题，效率与地球环境问题密不可分； .增加照度的同事，需要考虑成本的降低； .与环境相协调为宗旨的照明技术开发也在进行。 （三）照明的质量 1.光环境的必要条件 照明环境水平 （三）照明的质量 1.光环境的必要条件 照明环境水平 适应现象 （三）照明的质量 1.光环境的必要条件 照明环境水平 （三）照明的质量 1.光环境的必要条件 照明环境水平 适应现象 （三）照明的质量 2.心理效果 亮度的分布能够影响人的情绪；而色彩的 心理效果更大。对于色彩信息，照明的重要 作用之一是能够再现或者强调正确的颜色。 3.眩光 若视野内存在一部分亮度极高的光源或透 射光、反射光，则其他部分便很难被看清。 眩光既减弱视觉，又降低照明效果。 （四）照明技术与环境问题 1.照明与能源 1）光源、照明灯具的高效率化 2）灯的开光电路及控制系统的最优化 3）照明设备的维护与管理 （三）照明的质量 4.光与色 视觉同时具有对亮度和颜色识别的两种感 觉。照明必须注意光源的显色性与视觉的色 适应。同时考虑色温与环境之间的关系。 5.光与影 照射三维物体时，根据光的照射方向、表 面照度及亮度分布的不同，则会在视觉与感 觉方面产生变化。必须用多个光源照出合适 的阴影。 （四）照明技术与环境问题 2.照明与资源 照明设备需要用到各种无机或有机材料，有的是 稀有材料，也有可能产生污染环境的废弃物。采用 小型化的光源。 3.照明与环境保护 从照明产品机器设备的原材料开始，到产品、施 工、使用及废弃等各环节中，产生二氧化碳的评定 。有效使用能源、延长照明设备寿命、节约资料。 第二章光的产生 第二章光的产生 （一）光的本质 光是一种电磁波。 光具有波动性和粒子性。 （二）光的产生 1.热辐射发光 热能转换成辐射能所放出的 辐射叫做热辐射。 MλB(λ,T)=C1λ-5[exp(C2/λT)-1]-1 其中C1=2πhc2=3.74*10-16(W· m2) C2=hc/kB=1.44*10-2(m· K) 当λ不是很大， T不是很高时 MλB(λ,T)=C1λ-5e-C2/λT白炽灯 2.气体放电发光 （二）光的产生 气体放电：电流通过气体媒质时所发生的物理过程。 （二）光的产生 2.气体放电发光 气体压力小于103Pa为高压气体放电 .低压钠灯 .荧光灯 气体压力大于105Pa为高压气体放电 .高压汞灯 .超高压汞灯 .高压钠灯 .金卤灯 （二）光的产生 （二）光的产生 3.光致发光 用能量大的光子激发物质中的电子产生电子和空穴， 通过再结合，产生能量小的光子辐射。 .荧光发光 .磷光发光 如：紫外线激发荧光粉发光、蓝光 LED激发黄光 荧光粉发光、各种夜光塑料等 4.阴极发光 在真空中通过电场加速的电子束激发荧光粉导致发光 的现象被称为阴极发光。 电子获得的形式 .热电子发射 .场致电子发射 CRT电视 场致电子发射原理 （二）光的产生 （二）光的产生 6.化学发光 通过化学反应形成激发状态而发光，被称为化学发光。 直接发光是最简单的化学发光反应，有 5.电致发光 电致发光（简称 EL），是通过加在两电极的电压产生 电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级 的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。 .无机粉末发光 .无机薄膜发光 .无机厚膜发光 .有机发光 . LED 两个关键步骤组成：即激发和辐射。 间接发光又称能量转移化学发光，它主要 由三个步骤组成：首先反应物 A和B反应生 成激发态中间体 C*(能量给予体 )；当C*分 解时释放出能量转移给 F(能量接受体 )，使 F被激发而跃迁至激发态 F*；最后，当 F*跃 迁回基态时，产生发光。 第三章视觉系统机能 （一）视觉系统的构造 （二）光的产生 7.生物发光 是指生物体发出的光辐射， 是生物体释放能量的一种形式， 这种发光现象广泛地分散在生物 界中。它不依赖于有机体对光的 吸收，而是一种特殊类型的化学 发光，也是氧化发光的一种。生 物发光的一般机制是：由细胞合 成的化学物质，在一种特殊酶的 作用下，使化学能转化为光能。 （二）亮度对别的识别 第三章视觉系统机能 （二）亮度对别的识别 一个物体能被看见，是因为它与周围背景的亮度是不同的。 有两点因素需要考虑： 1.目标与其周围背景之间的对比； 2.背景的整体亮度。 亮度差异程度用亮度比来表示，为此被称为亮度对比 。恰好能够识别的亮度增量称为识别阀。 亮度对比的识别阀随背景亮度，视觉对象的大小、颜 色，观察时间等的不同而变化。 通常识别准确率为 50%时的 增量定义为识别阀的大小。 韦伯比 L. BBTLL=对比度 （二）亮度对别的识别 （三）视力与空间分辨率 例:黑色的羊毛放在黑色的背景中，背景和羊毛的光照情况 相同。背景反射率为 3%，羊毛反射率为 5%，求对比度？ 在光照相同的情况下，亮度同反射率成正比 对比度 =(0.50. .30.3) = 0.66 1.空间分辨率 视觉系统识别细微处的能力，即空间分辨率，是以能 够识别的视觉对象到眼睛的连线形成的夹角来定义的。 1.根据能够识别视觉对象存在最小 程度 2.根据把几个视觉对象分离的识别 最小距离 3.根据识别线的错位等图形的变化 所需的最小位移 4.根据识别和读取文字、符号或图 形的视觉对象的最小程度 （三）视力与空间分辨率 （三）视力与空间分辨率 2.视力的测定 用朗道环来测定视力 1 VA = 60 ×57.3tan(ω / L) 朗道环与背景的亮度对比为 90%以上，背景亮 度定为159 cd/m^2，观测距离一般采用 5.0m，这种 情况下朗道环开口宽度 1.5mm相当于视力 1.0 （三）视力与空间分辨率 3.年龄与视力 （三）视力与空间分辨率 4.视觉对象的运动与视力 （三）视力与空间分辨率 5.闪烁 光亮灭的频率比较低的情况下，这种亮灭的感觉被 称为闪烁。而亮灭的频率变高时，闪烁的感觉消失， 感觉光始终是连续不变的，这种感觉被称为融合。正 好融合时的闪烁频率被称为闪烁临界值或临界融合频 率（CCF） 融合感觉下的亮度 Lt + Lt 11 22 L = t + t 12 （三）视力与空间分辨率 （三）视力与空间分辨率 6.眩光 视野内出现极高亮度或强烈的亮 度对比时，则可能发生不舒适感或 视觉功能降低即眩光的现象。 （三）视力与空间分辨率 （三）视力与空间分辨率 （1）不舒适眩光 视野内出现比适应亮度更 高的视觉对象时，视力不一 定下降，但可产生心烦、刺 眼及疲劳的感觉。这种以心 理影响为主的眩光称为不舒 适眩光。 由眩光所产生的舒适与否 的临界亮度称为BCD亮度。 （三）视力与空间分辨率 （2）反射眩光 视觉对象产生如镜面一样 的反射，使背景与视觉对象 之间的亮度对比减弱，从而 产生的眩光现象称为反射眩 光。 vLL LCRF + = （三）视力与空间分辨率 （3）失能眩光 由于刺眼的强光而造成视 力下降的现象称为失能眩光。 当无眩光时的亮度辨认阀 △L因眩光增加到△L’时， 失能眩光的影响程度，可 采用与光幕亮度同样的换 算方法进行评价。 （三）视力与空间分辨率 （3）失能眩光 由于刺眼的强光而造成视 力下降的现象称为失能眩光。 当无眩光时的亮度辨认阀 △L因眩光增加到△L’时， 失能眩光的影响程度，可 采用与光幕亮度同样的换 算方法进行评价。 第四章照明度量与计算 对各种电磁辐射能量的计量研究称为辐 射量度学 (radiometry) 对可见光能量的计量研究称为光度学 (photometry) (一）辐射量度 2.辐射强度 表示点辐射源在不同方向上的辐射特性 dΦe Ie= d. 3.辐出度 Me 辐射源单位发射面积发出的辐通量 dΦe Me = ds 单位：瓦每平方米（ W/m2） （三）视力与空间分辨率 L' = L + Lev L’为等价背景亮度， Lev为等价光幕亮度 等价光幕亮度计算的建议公式： 9.2E0 Lev= θ (θ+1.5) E0为眩光在眼睛为之处形成的照度， θ为眩光方向与视线形成的夹角 (一）辐射量度 1.辐射通量 单位时间内该辐射体所辐射的总能量Φ e 辐射通量又称辐射功率，单位：瓦特 （W）。 dΦ e dλλλ=λ∫∞ 0eλ Φ Φ=Φ dλ (一）辐射量度 4.辐亮度 dΦe L = e cosi dsd. Ie Le = cosi ds 在 i 方向上的辐亮度就是辐射面在垂直于 i方向上单 位投影面积在单位立体角发出的辐通量 设点源s的辐射强度为Le它与被照面 上O点的面积ds的距离为l , ds接收到的辐射通量为： 2 cos l idsI dId e ee = Ω=Φ 点源在被照面上O点所产 生的辐射照度为： 2 cos l iIds dE e e e = Φ= 单位：瓦角平方米（W/m2） 5.辐射照度 点源产生的辐照度： (一）辐射量度 设点源s的辐射强度为Le它与被照面 上O点的面积ds的距离为l , ds接收到的辐射通量为： 2 cos l idsI dId e ee = Ω=Φ 点源在被照面上O点所产 生的辐射照度为： 2 cos l iIds dE e e e = Φ= 单位：瓦角平方米（W/m2） 5.辐射照度 点源产生的辐照度： (一）辐射量度 （二）光量度（照明量度） 1)视见函数 在可见光范围内，人眼对不同波长的辐射所引起 的视觉效应，具灵敏度是不同的，我们把人眼对可见 光各种波长辐射反应程度称为视觉函数，以Vλ来表示. Vλ值的大小与照度条件有关。 人眼对0.555的黄光最为敏感Vλ= 1 ，其它波长 Vλ< 1 （二）光量度 光通量 2）光通量 Φ= CV (λ)ΦeC：比例常数 C＝683 光通量单位：流明（ Lm） 其大小规定如下，假定辐射体发出的光的波长 为555 nm，并且其功率为 1瓦，则该辐射体所发出 的光通量为 683流明 光视效能： 每瓦辐射通量能产生的光通量数： Φ K = Φe 发光效率 : 电光源发出的总光通量Φ与电光源 的耗电功率 P之比η 辐射通量到光通量的转换 光通量光通量 辐射通量到光通量的转换 光通量光通量 光通量 （二）光量度 解： 所以，光通量 =675*5.03 lm=3395 lm 光效=3395/200=17 lm/W 3）发光强度 ..发光具有方向性 ..表征光通量空间分布的物理量 ..定义:点光源在单位立体角中发出的光通量 ΩΦ= d dI ..单位: 坎德拉 (cd ) 发光强度 1流明 1坎德拉 = 1球面度 流明定义：发光强度为 1坎德拉的点光源在单位主体角 内发出的光通量为 1流明。 cd是光学基本量，是国际单位制中七个基本量之一。 对各向同性的点光源 : Φ= IdΩ= IΩ= 4πI ∫ Ω 光强分布图 发光强度 发光强度发光强度 5）照度 表征受照面被照明程度的物理量，可用落在受照物体 单位面积上的光通量数值来量度，可表达为 SE d dΦ= 照度定律 θcos2r I dS Id dS dE = Ω= Φ= 光量度 （二）光量度 4）光出射度M dΦ M = ds 发光表面单位面积内所发出的光通量 单位：勒克斯 lx（辐脱） 1勒克斯 = 1流明 1平方米 1辐脱=104勒克斯 光量度 单位面积的物体在光源照射下所获得的光通量 [注：]照度中的dΦ是指入射于 ds上的光通量 而出射度中的dΦ是指从ds面上发出的光通量 单位: 勒克司(lx),烛光(fc) 1lx =1lm / m2 1fc =1lm / ft2 1 lx=0.0929 fc 1 fc=10.76 lx 6）亮度 当光源是一个有限面积的光源时,其辐射特性在不 同方向是不一样的。 dΦ L = cosi dsd. I = ds.cosi 即光源亮度等于沿法线方向角单位面积上的发光强度. 1坎德拉 单位：尼特（ cd/m2）1尼特 = 1平方米1熙提=104尼特 = 光量度 （三）照明量度的计算 ..与人眼最小灵敏度相对应的物体 10-10 ..无月的夜空 10-3 ..满月的表面 0.25 ..煤油灯焰 1.5 ..阳光照射下的洁净雪面 3 ..乙炔焰8 ..钨丝白炽灯 500～1，500 ..超高压球状汞灯 120，000 ..在地面上看到的太阳 150，000 1.光通量与光强 在对称配光的情况下 Φ= 2 I (θ )sinθdθ ∫0 π 对于均匀辐射的物体 I=φ /4π 如：一只200lm的白炽灯，透光率为 0.9，求光强。 200× 0.9/ 4π= 14.3cd （三）照明量度之间的关系与计算 2.照度计算 （1）点光源 E为照度 I为光强2hIE =平方反比定律 2.照度计算 （1）点光源 θcosnEE =余弦定律 2.照度计算 （1）点光源 点光源形成的照度 法线照度En 水平照度Eh 垂直照明Ev 垂直面照度中Q方向 的照度Evq 这个方向与角φ形 成的角用Evφ 2.照度计算 （1）点光源 点光源形成的照度 2.照度计算 （1）点光源 ......cos r cos r 22 2 12 1 ++=ααIIE多个点光源照度计算 2.照度计算 （1）点光源 例：2个光强分布如图所示的光源。求A 点处的照度。 fc91* 15 1950 cos r 22 ===θIE2.照度计算 （1）点光源 ......cos r cos r 22 2 12 1 ++=ααIIE多个点光源照度计算 2.照度计算 （1）点光源 例：2个光强分布如图所示的光源。求A 点处的照度。 fc91* 15 1950 cos r 22 ===θIE 2.照度计算 （1）点光源 例：2个光强分布如图所示的光源。求B 点处的照度。 fc149272.0* 615 2100*2cos r 2 222 = + ==θIE 22度 2.照度计算 （1）点光源 例：2个光强分布如图所示的光源。求C 点处的照度。 fc5454.0* 612 1900sin r 222 = + ==θIE 27度 2.照度计算 （2）圆柱光源 2.光强与照度 （2）圆柱光源 图(a)： 图(b)： 2.照度计算 （3）平带状光源 2.照度计算 （4）平圆板光源 2.照度计算 （3）平带状光源 2.照度计算 （4）平圆板光源 2.照度计算 （4）平圆板光源 例：如果一个圆盘形光源亮度为 400 cd/m2，半径 为1.5m，在它之下 2m处的平行面上照度是多少？ π E = Lr222 h + r 1.5 =π × 400 × 222 1.5 + 2 = 452lx 2.照度计算 （5）矩形光源 2.照度计算 （5）矩形光源 oedgofbhoeahofcg EEEE ..+=E P点位于光源顶点正下方以外位置的情况 2.照度计算 （6）球面光源 πrL E= q 22 h E= 3/2222rhLπ p (h + d ) 2.照度计算 （7）照度分布 照度分布 （一）光波和光线 从本质上讲，光是电磁波，它是按照波 动理论进行传播。 但是按照波动理论 来讨论光经透镜和光学 系统是的传播规律或成 像问题时将会造成计算 和处理上的很大困难， 在实际解决问题时也不 方便。 好累！太不方 便了！ 第五章几何光学基础 （一）光波和光线 在工农业、科学技术以及人类生活的各个领域，使用着种类繁多的照 明光学系统，如路灯系统、室内照明、隧道照明、景观照明等。 光学系统：千差万别 但是其基本功能是共同的：传输光能，形成一定的光强 分布。 研究光传播的规律对于设计照明光学系统 具有本质的意义！ （一）光波和光线 按照近代物理学的观点，光具有波粒二象 性，那么如果只考虑光的粒子性，把光源发 出的光抽象成一条条光线，然后按此来研究 照明光学系统。 问题变得简单 而且实用！ （一）光波和光线1.发光点 几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研发光点 究光在介质中的传播规律。 几何上的点是既无大小，又无体积的抽象概 念。当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不 ..点：光源、焦点 计时，也可认为是一个点。 ..线：光线、法线、光轴 ..面：反射面、折射面、受照面 天体 观察者 由于光具有波动性，因此这种只考虑粒子性 的研究方法只是一种对真实情况的近似处理 遥远的距离 方法。必要时要辅以波动光学理论。 1.发光点 任何光源或者被照面都是由无数个发光点组成 1、本身发光。 2、反射光。 因此研究照明系统时，可以用某些特征点的 特性来推断照明系统的特性。 2.光线 发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将 发光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表 光的传播方向。 3.光束 一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的 光向四周传播，形成以发光点为球心的球面波 球面波球面波。 某一时刻相 位相同的点构成 的面称为波面 波面波面 波面上某一点的法线就是这一点上光的传播 方向，波面上的法线束称为光束 光束光束 同心光束：同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波 ..平行光束平行光束：光线彼此平行，是平面波 3.光束 （二）几何光 几何光几何光学 学学基 基基本定律 本定律本定律 1、光的直线传播定律 在各向 各向各向同性的 同性的同性的均匀透明介质 均匀透明介质均匀透明介质中，光线沿直线传播。 2、光的独立传播定律 不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼 彼彼 此互 此互此互不影响 不影响不影响。在光线的相会点上，光的强度是各光 束的简单叠加，离开交会点后，各个光束按原 按原按原方向 方向方向 传播 传播传播。 （二）几何光学基本定律几何光学基本定律 （2）入射角I和反射角I’’ 的绝对值相同，可表示为 3.反射定律 I" I=. （1）反射光线在由 入射光线和法线所决定 的平面内 反射光线入射光线 法线 I N I” O 符号相反说明入射光线入射光线和反射光线反射光线分居法线两侧。 （二）几何光学基本定律几何光学基本定律 4.折射定律 光的折射和反射定律研 究光传播到两种均匀介质的 分界面时的定律。 na 出射光线 入射光线法线 I I’O N Q nb I：入射角 I’：折射角 （二）几何光学基本定律几何光学基本定律 （2）入射角I和反射角I’’ 的绝对值相同，可表示为 3.反射定律 I" I=. （1）反射光线在由 入射光线和法线所决定 的平面内 反射光线入射光线 法线 I N I” O 符号相反说明入射光线入射光线和反射光线反射光线分居法线两侧。 （二）几何光学基本定律几何光学基本定律 4.折射定律 光的折射和反射定律研 究光传播到两种均匀介质的 分界面时的定律。 na 出射光线 入射光线法线 I I’O N Q nb I：入射角 I’：折射角 （二）几何光学基本定律几何光学基本定律 （1）折射光线位于由入射光线和法线 所决定的平面内，折射光线和入射光 线分居法线两侧。 （2）入射角的正弦和折射角的正弦 之比与两角度的大小无关，仅决定于 介质的性质，为一恒量nab 即 nab :介质b 对介质a 的相对折射率， 如果介质a为真空，则介质b对真空的折 射率也称为绝对折射率，用表示nb ab sin I n sin I ' = na 出射光线 入射光线法线 I I’O N Q nb 4.折射定律 4.折射定律 也可表述为： b b v c n = C：在真空中光速，vb：在介质 b 中光速 两个介质的相对折射率 相对折射率相对折射率可以用光在该介质中的速度表示 va n = ab v b 对上式变换 a b b a b a ab n n nC nC v v n === 两 两两种介质的 种介质的种介质的相对折 相对折相对折射率 射率射率等于两介 等于两介等于两介质的 质的质的绝对折 绝对折绝对折 射率 射率射率之比 之比之比 4.折射定律 （三）光路可逆和全反射 sin I 将上式代入sin I ' =nab 并设 na =n, nb =n′ 有： n sin I =n' sin I' 真空折射率为1，在标准压力下，20摄氏度时空气折射 率为1.00028， 通常认为空 通常认为空通常认为空气的折射率也为 气的折射率也为气的折射率也为1 11，把其他介质相对于空 ，把其他介质相对于空，把其他介质相对于空 气的折射率作为该介质的绝对折射率。 气的折射率作为该介质的绝对折射率。气的折射率作为该介质的绝对折射率。 1.光路的可逆性 若光线在折射率为n 的(') 介质中沿 CO方向入射，由 折射定律可知，折射光线必沿OA方向出射。同样，如 果光线在折射率为n的介质中沿BO方向入射，则由反射 定律可知，反射光线也一定沿OA方向出射。由此可 见，光线的传播是可逆的，这就是光路的可逆性。 （三）光路可逆和全反射 不可能大于1，此时入射光线将不能射入 另一介质。 sin I ' 按照反射定律在介面上全部被反射回原介质 对应于的入射角被称为临界角1sin I ' =I n nIm ' sin =记为,可知mI2. 全反射现象 2. 全反射现象 当 一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发光 生反射和折射现象。 由 由公式nsin I = n' sinI'可知 光 光光 密 密密 介 介介sin I < sin I '质 质质 射 向 即折射光线较入射光线偏离法线 光 光光 疏 疏疏 介 介介 2. 全反射现象 2. 全反射现象 全反射的两个条件： （1）光密到光疏介质； （2）入射角大于临界角； 全反射的应用： （1）制成各种全反射棱镜，用于折转光路，代 替平面反射镜。 （2）制造光导纤维。 进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面 上连续发生全发射，直至另一端出射。 0ian 'n n 0 'i 02 i' π. S B A 当02 i' π.大于临界角时，就发生全发射。 2. 全反射现象 2. 全反射现象 ②光导纤维 光导纤维号称现代信 息系统的神经 由内层折射率较高的纤芯和外层折射率较低的包层组成 2. 全反射现象 0ian 'n n 0 'i 0 ' 2 i. πS B A nsini = n sini' 可以得到：i0 = arcsin( 1 n2 . n' 2 ) na 当入射角i i0 时，光线将会透过内壁进入包层 根据折射定律，又有： a00 定义为光纤的数值孔径0sinina 越大，可以进入光纤的光能就越多，也就 是光纤能够传送的光能越多。 0i 这意味着光信号越容易耦合入光纤。 2. 全反射现象 （四）费马原理（四）费马原理 （四）费马原理（四）费马原理 道路照明设计 第二篇 道路照明设计 ..道路照明评价指标及路面特征 ..道路照明灯具 ..机动车道路照明标准 ..照明方式与设计要求 ..道路照明计算 第六章道路照明评价指标及路面特征（一）道路照明质量评价 （一）道路照明质量评价1.路面平均亮度 主要从视功能和视舒适两方面进行。在道路照明中，辨别物体主要依靠亮度差 .平均亮度L L . L 视功能方面 .路面亮度匀度U o 亮度对比度 C = 总均(av) .失能眩光TIavavoL .平均亮度L av Lav背景亮度，即路面亮度 视舒适方面 .路面亮度纵向均匀度U L L0物体本身亮度 .不舒适眩光G 当L0>Lav时，为正对比 像环境比SR、视觉诱导性等当L040 3 中光束25~40 2 窄光束10~25 1 光束分类光束角序号 荷兰规定的投光灯分类 3.按防触电保护形势分类 分为0、I、II、III等4类 0类灯具：依靠基本绝缘作为防触电保护的灯具。 I类灯具：不仅依靠基本绝缘，而且还有附加安全措施，即把 易触及导电部件连接到设施的固定线路中的保护导线上。 II类灯具：不仅依靠基本绝缘，而且还有附加安全措施，如双 重绝缘或加强绝缘； III类灯具：放触电保护依靠电源电压为安全特低电压（SELV，交流有效值<50V，并且，灯具内不会产生高于此值的电压。 4.按灯具的防尘、防水等级分类 （一）灯具的分类 IP+两个数字 防护等级特征数字的意义 4.按灯具的防尘、防水等级分类 （一）灯具的分类 IP+两个数字 防护等级特征数字的意义 （一）灯具的分类 4.按灯具的防尘、防水等级分类 （一）灯具的分类 4.按灯具的防尘、防水等级分类 （三）灯具的光学设计 1.灯具反射器的设计 通过反射式光学系统来 控制灯具的出射光。 用反射材料做成的控光 元件称为反射器。 （三）灯具的光学设计 1.灯具反射器的设计 通过反射式光学系统来 控制灯具的出射光。 用反射材料做成的控光 元件称为反射器。 （三）灯具的光学设计 1.灯具反射器的设计 反射器的几种基本形式和光学特性 （三）灯具的光学设计 （四）灯具的光学特性 1.光强空间分布特性 光强空间分布特性是用曲线来表示的，因而该曲线又 称为配光曲线。一般有三种方法来表示配光曲线 .极坐标方法 .直角坐标方法 .等光强曲线方法 （四）灯具的光学特性 1.光强空间分布特性 （1）极坐标配光曲线 （四）灯具的光学特性 （1）极坐标配光曲线 屋边路边 γA 。 。。 。 γA（，） （，）90BγBγB 。 C-γ坐标系 （四）灯具的光学特性 1.光强空间分布特性 （1）极坐标配光曲线 （四）灯具的光学特性 （1）极坐标配光曲线 屋边路边 γA 。 。。 。 γA（，） （，）90BγBγB 。 C-γ坐标系 （四）灯具的光学特性 （1）极坐标配光曲线 国际照明学会推荐的 分布光度C-γ坐标 系统 （四）灯具的光学特性 （1）极坐标配光曲线 配光曲线按照对称性质通常可分为轴向对称、 对称和非对称配光。 轴向对称：又被称为旋转对称，指各个方向上的配 光曲线都是基本对称的，一般的筒灯、工矿灯都是 这样的配光 对称：当灯具的C0和C180剖面配光对称，同时 C90和C270剖面配光对称时，这样的配光曲线称 为对称配光。 （四）灯具的光学特性 对称配光 （四）灯具的光学特性 例1：管形荧光灯的配光曲线(两剖面形成的曲线) T—（0°-180°）水平面配光A—（90°-270°）水平面配光 相关图片如下：等照度线（lux/1000lm）(极坐标图) （四）灯具的光学特性（四）灯具的光学特性 例1：管形荧光灯的配光曲线(两剖面形成的曲线) T—（0°-180°）水平面配光A—（90°-270°）水平面配光 相关图片如下：等照度线（lux/1000lm）(极坐标图) （四）灯具的光学特性（四）灯具的光学特性 （四）灯具的光学特性 （2）直角坐标配光曲线 （四）灯具的光学特性 （3）等光强曲线图 对于非对称配光的灯具，一般 才用等光强图的方法来描述。 将光源放置于一个球体的中心 ，把发光体射向球体上光强相同 的各方向的点用线连接起来，成 为封闭的曲线，就称为等光强线 。 （四）灯具的光学特性 （3）等光强曲线图 正弦网图 （四）灯具的光学特性 （3）等光强曲线图 圆形网图 （四）灯具的光学特性 （3）等光强曲线图 矩形网图 （四）灯 （ （四）灯具的光学特性 （3）等光强曲线图 矩形网图 （四）灯 （ （四）灯具的光学特性 2.导出光度数据 （1）利用系数曲线 定义为由灯具发出的、直接到达路面的那部分光通 量和光源光通量的比。 （四）灯具的光学特性 （2）亮度产生曲线 计算路面上的平 均亮度需要用到 亮度产生曲线。 （四）灯具的光学特性 （3）等照度曲线 等照度曲线可用于 做路面逐点照度计算 时使用。 （四）灯具的光学特性 （4）等亮度曲线 等亮度曲线可用 于计算路面上各 点的亮度。