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光的性质1

1 基本概念1

辐射能频谱2

图1-1 辐射能频谱：可见光谱波长380～770 nm。4

光的活动5

图1-2 物体表面反射的光进入人眼形成视觉。5

图1-3 光反射：(a)镜反射；(b)定向扩散反射；(c)漫反射。6

图1-4 光透射：(a)镜透射；(b)定向扩散透射；(c)漫透射。6

常用术语7

图1-5 光折射：光由密度小的介质进入密度大者，折射角r小于入射角i。(IES Lighting Handbook-Reference Volume，1984)7

图1-6 偏光：使原朝各方向振动的光波变为只朝单一平面行进。(Philips Lighting)7

图1-7 光通量、发光强度、照度与亮度之关系。7

图1-11 亮度L=I/A8

图1-9 发光强度I=φ/Ω8

图1-10 照度E=φ/A8

图1-8 光通量φ8

图1-12 亮度L1=ρ1Eh/π；L2=ρ2Ev/π。9

2 光与色彩11

图2-1 光谱能量分布图：(a)正午昼光；(b)萤光灯；(c)白炽灯。(IESNA LightingEducationED-100，1989)13

彩色光谱13

图2-2 红色玻璃仅让红色光波通过，其余光波均被吸收。(IESNA Lighting Education ED-100，1989)14

图2-3 红色表面须反射红色光才显红色；绿光缺乏红色波长可供反射，故使物体呈黑或灰色。14

图2-4 物体色取决于反射波长的相对比例：(a)无彩色；(b)有彩色。14

色彩视觉14

图2-5 同时性对比：(a)明度对比；(b)彩度对比。16

色光的混合16

图2-6 加法混色：光的主色与次色。16

图2-7 减法混色：颜料的主色与次色。17

光源的色彩特性17

图2-8 色座标图：黑体曲线用以比对光源的相关色温度。(Philips Lighting)18

图2-9 演色向量系统：(a)包含215个测点；(b)向量长度为色差大小，箭头代表偏差方向。(Philips Lighting，1993)19

光色的心理效果20

3 视觉与感知21

图3-1 人眼构造与相机的类比。23

眼睛与视觉23

图3-2 物体经水晶体折射为倒立影像，投映于视网膜。24

生理因素25

图3-4 人眼视野：上下共130°；左右共180°；白色区域为双眼同时看见的部份。(IES Lighting Handbook-Reference Volume，1984)25

图3-3 光谱光效曲线：明视觉与暗视觉敏感曲线。(IES Lighting Handbook-Reference Volume，1984)25

物理因素26

图3-5 同距离时，物体愈大愈易观看。26

图3-6 物体与背景的亮度对比愈大愈易观看。26

图3-7 直接眩光区：垂直面45°～85°。27

图3-8 失能眩光：因窗外昼光过强，造成电脑操作者无法阅读萤幕。27

年龄效应28

图3-11 反射：天花板灯具在橱窗玻璃造成干扰的反射影像。28

图3-12 反光：铜版纸表面反光，降低字体的能见度。28

图3-9 不舒适眩光：视野中明亮的灯具所引起的视觉不适。28

图3-10 (a)灯具直接眩光；(b)桌面反光；(c)萤幕反光。28

4 人工光源31

概述33

图4-1 光束角与布光角：说明散光或集光的布光特性。35

白炽灯系36

图4-2 白炽灯构造36

图4-3 白炽灯泡形状分类(IESNA Lighting Education-Fundamental Level，1993)37

图4-4 白炽灯泡灯头形状(Osram)38

图4-5 黑化作用肇因于蒸发的钨随电流移动，附著于灯壁。39

图4-6 电压对白炽灯的影响(IESLighting Handbook-Reference Volume，1984)40

图4-7 线型钨丝灯(合敬)41

图4-8 反射灯泡(R)(Phlips Lighting)41

图4-9 椭圆形反射灯泡(ER)：消除筒灯内不必要的光浪费。41

图4-10 半球形反射灯泡(BR)：须配合使用灯具反射罩。(Philips Lighting)41

图4-13 MR灯反射罩涂布双向性涂层，可抽离红外线辐射。42

图4-11 抛物形铝反射灯泡(PAR)(Phoenix Electric Co.)42

图4-12 多面反射灯泡(MR)(Phoenix Electric Co.)42

图4-14 囊型石英卤素灯泡(JC)(Philips Lighting)43

图4-15 双泡型卤钨灯泡(Phoenix Electric Co.)43

图4-16 单头型石英卤素灯泡(JD)(Phoenix Electric Co.)43

图4-17 双头型石英卤素灯泡(J)(Phoenix Electric Co.)43

图4-18 铝反射灯泡(AR)外观与剖面。(Osram)45

萤光灯系45

图4-19 萤光灯构造(Philips Lighting)46

图4-20 萤光灯形状种类(IESNA Lighting Education-Fundamental Level，1993)47

图4-22 标准萤光灯光谱能量分布图(Philips Lighting)48

图4-21 萤光灯起动回路：(a)预热启动；(b)快速起动。(Philips Lighting)48

图4-24 反射型萤光灯剖面图(Philips Lighting)49

图4-23 三波长萤光灯光谱能量分布图(Philips Lighting)49

图4-25 点灭频率影响萤光灯寿命：(a)预热起动型；(b)快速起动型。(IESNA Lighting Handbook-Reference and Application，1993)50

图4-26 萤光灯流明维护曲线：(a)三波长萤光灯管；(b)双涂层三波长灯管；(c)传统萤光灯管。50

图4-27 周围温度影响萤光灯光输出与发光效率。(IESNA，Lighting Handbook-Reference andApplication，1993)51

图4-28 精巧型萤光灯：(a)形状种类；(b)构造。(IESNA，IESNA Lighting Education-Fundamental Level，1993)52

图4-29 细型萤光灯管(中)约等同于香烟的直径。(松下电工)54

冷极管57

图4-30 霓虹灯管的安装58

图4-31 水银灯构造(IES Lighting Handbook-Reference Volume，1984)58

高强气体放电灯系58

图4-32 HID光源点灯位置标示(Osram)59

图4-33 HID光源寿命评定：经济寿命定义为平均寿命的60%。(Venture Lighting)59

图4-35 HID光源生命周期的色差十分明显。(中正国际机场)60

图4-34 HID光源(400W)的流明维护曲线(IES Lighting Handbook-Reference Volume，1984)60

图4-36 HID灯泡形状(IESNA Lighting Education-Fundamental Level，1993)61

图4-37 复金属灯光谱能量分布图(Philips Lighting)62

图4-38 双头型复金属灯(Phoenix Electric Co.)63

图4-40 高压钠灯光谱能量分布图(Philips Lighting)64

图4-39 高压钠灯构造(IES Lighting Handbook-Reference Volume，1984)64

图4-41 白色高压钠灯能量分布图(Philips Lighting)65

图4-42 PAR型与单头T型复金属灯泡(Philips Lighting)66

其它光源67

图4-43 钠灯与氙灯的混合灯种可切换二种色温(Osram)67

图4-44 低压钠灯光谱能量分布图(Philips Lighting)68

图4-45 黑灯管(Philips Lighting)68

图4-46 黑灯管照明的萤光效果(a)正常照明下(b)黑灯管照明下。(Philips Lighting)68

图4-47 感应灯外观与构造：(a)萤光涂层灯泡；(b)感应线圈；(c)高频电子式安定器。(Philips Lighting)69

5 灯具与照明系统71

控光构件73

图5-4 球面反射罩(Philips Lighting)74

图5-5 不对称反射罩(Philips Lighting，Lighting Manual)74

图5-1 反射罩须配合灯泡尺寸及发光中心点设计。74

图5-3 椭圆反射罩(Philips Lighting)74

图5-2 抛物面反射罩(Philips Lighting)74

图5-6 使用喷砂玻璃仍可见光源模糊影像。(英国伦敦)75

图5-7 白色压克力可使表面亮度均匀。(德国海德堡McDonald's)75

图5-9 透镜：(a)凸透镜；(a)凹透镜。76

图5-10 Fresnel Lens：(a)锯齿状减少厚度；(b)控光方式。76

图5-11 遮光构件：(a)遮光板；(b)格栅。76

图5-8 棱纹板76

布光形式77

图5-12 遮光角：(a)磨砂灯泡；(b)萤光型HID灯泡；(c)清光型HID灯泡(以弧光管底部为准)。77

图5-13 截光角；光源截光角；格栅截光角；光学截光角。(IES Recommended Practice for Lighting Offices Containing Computer Visual Display Terminals，1989)77

图5-14 抛物状反射格栅(Philips Lighting)77

图5-15 直接—间接照明兼具直接与间接型灯具的优点。(英国伦敦Tate Gallery)78

图5-16 直接—间接照明兼顾向上与向下照明功能。(德国海德堡)78

图5-17 全漫射照明利用半透明灯罩材料降低刺眼亮度。(德国海德堡Benetton)78

配光资料78

图5-18 灯具配光资料：(a)配光曲线；(b)亮度分布表；(c)灯具效率；(d)利用系数表；(e)维护系数；(f)间距标准。(Lighting Products，Inc.)79

图5-19 灯具的配光曲线与眩光限制曲线。(Philips Lighting)80

灯具种类81

图5-20 选择嵌灯时须考虑天花板上空间是否能容纳嵌灯深度。(Thorn Lighting)81

图5-21 半嵌入式灯具藉突出部份彰显其灯具造型。(德国法兰克福Zeilgalerie)81

图5-22 轨道电流在绝缘鞘状金属构件中通过。(Thorn Lighting)82

图5-23 不同类型光源可应用于同支轨道。(英国伦敦)82

图5-24 弧形轨道可组合成活泼的视觉效果。(英国伦敦Design Museum)82

图5-25 钢丝轨道(昱亮有限公司提供)82

图5-26 钢丝型线灯可随需要作垂直向设置。(英国伦敦)83

图5-27 使光线向上、向下投射之壁灯。(德国法兰克福Zeilgalerie)83

图5-28 吊灯应适当控制表面亮度或具有良好的侧向遮光。(德国海德堡)83

图5-29 活动灯具包括台灯及立灯，可增补局部照度。(德国海德堡)83

图5-30 眩光控制配件84

图5-31 局部遮光罩可防止光线朝某方向照射。84

图5-32 遮光罩表面沟纹设计84

图5-34 光束效果配件85

图5-35 遮光活叶可控制投光范围大小。(德国法兰克福Schirn Art Gallery)85

图5-33 格栅鼓型：(a)遮光百叶；(b)蛋架型格栅；(c)楔型格栅85

照明系统86

图5-36 照墙灯：(a)光源斜置(合敬)；(b)内凹导光反射罩(Philips Lighting)；(c)不对称反射罩。87

图5-37 照墙灯标示图例(合敬)87

图5-38 向上式照明灯具通常布光较广。(英国伦敦Natural History Museum)87

图5-39 上照灯提供少部份下照光(Thorn Lighting)88

图5-40 工作照明可区划个人领域。(德国法兰克福Museum ofApplied Arts)88

图5-41 投射照明可强调视觉焦点以吸引注意。(德国法兰克福Museum ofModern Art)89

图5-42 模组式线型照明系统(Philips Lighting)90

图5-43 完全反射原理90

图5-44 (a)玻璃纤维；(b)塑胶纤维；(c)单一塑胶光纤；剖面结构：(1)中央核心；(2)套管。(Philips Lighting)91

图5-45 光纤照明系统：(a)光源及反射罩；(b)滤镜；(c)光输入端；(d)个别缆线；(e)光输出端。(Philips Lighting)91

图5-46 端头发光型光纤(Philips Lighting)91

图5-47 光纤输出端灯具：(a)仅使用透镜控光；(b)使用滚球型承轴调整方向。(英国伦敦Natural Histor Museum)92

图5-48 侧边发光型光纤(Philips Lighting)93

图5-49 侧边发光型光纤光盒的安装长度限制93

图5-50 光管外层棱面结构可二度反射光线回管内93

图5-51 基本光管：利用镜子改变光行进方向94

图5-52 线型光管：(a)光源；(b)反射罩；(c)光学薄膜；(d)漫反射膜；(e)支撑管；(f)镜子。95

图5-53 扁平灯箱：(a)面板；(b)箱体；(c)漫反射膜；(d)底板；(e)灯盒；(f)反射罩；(g)灯管；(h)光学薄膜(i)内侧镜。95

图5-54 紧急照明及出口标示灯(美国Dual-Lite，Inc.提供)95

6 照明的质与量97

照明品质99

图6-1 人眼所能接受的亮度值愈接近中心视线愈低。99

图6-2 对应于作业面的天花板反光区内避免配置灯具。100

图6-3 屏风造成桌面阴影(The NBL Guide to Energy-Efficient Lighting Systems)。101

图6-4 焦点/背景亮度比愈大，戏剧性效果愈强。(英国伦敦Natural History Museum)101

照度选取102

图6-5 作业面、紧邻周遭与近/远处明/暗面的亮度比。102

照明计算106

图6-6 灯具距作业面的高度：HRC107

图6-7 测点与灯具的距离、朝向，影响照度多寡。(IESNA Lighting Education-Fundamental Level,1993)112

图6-8 Ep=？112

图6-9 Eh=？×cosα112

图6-10 Ev=？×sinα×cos2α112

图6-11 Ev=？×sinα×cos2α×cosβ3112

图6-12 范例5113

图6-13 范例6113

图6-14 1″×4″OA灯具配光曲线(Philips Lighting)113

图6-15 Eh=？114

照明设施管理115

照明维护117

图7-1 维护因素：(a)光源流明衰减(LLD)；(b)光源烧坏(LBO)；(c)灯具灰尘衰减(LDD)；(d)室内表面衰减(RSDD)。118

图7-2 定期维护与未维护的照度衰减比较。(Philips Lighting)118

维护计划119

图7-3 HID光源整批更换与零星更换的平均照度比较。(Venture Lighting)120

图7-4 清洁时程：(a)均等间隔；(b)等照度间隔。121

照明控制122

图7-6 调色照明控制原理(松下电工)123

图7-7 中央控制系统：(a)主控制器；(b)基本构成。(松下电工)123

图7-5 多回路记忆调光器：(a)主控制器(松下电工)；(b)基本构成123

图7-8 将灯内光源分成二组开关回路，可提供100%及50%二种照度。(IES Lighting Handbook-Application Volume，1987)124

图7-9 红外线感光器：使用焦热电现象侦测器感应人体自然释出的热辐射。124

图7-10 超音波感光器：利用人耳无法听见的声波触及物体表面反射后的波形变化侦测。125

图7-12 昼光调节原理(NEMA Guide to Lighting Controls，1992)126

图7-13 昼光调节控制系统：(a)灯具；(b)电子式安定器；(c)感光器；(d)光输出控制器；(e)照度选择面板；(f)时程控制器；(g)个别调光器。(Thorn Lighting)126

图7-11 结合使用感知与昼光调节的灯具(Thorn Lighting)126

图7-14 常用光源的流明衰减比较(U.S.Department ofEnergy)127

图7-15 典型工作天的照明时程128

图7-16 预定时程控制(NEMA Guide to Lighting Controls，1992)128

图7-17 电力需量控制128

图7-18 整合式照明控制系统(Philips Lighting)129

图7-19 不同照明控制系统节能功效比较(资料引自：Rubinstein，1991)129

能源管理130

图7-20 工作环境室内表面反射率建议值(The NLB Guide to Office Lighting andProductivity，1989)131

附录133

附录一：照度建议133

附录二：灯具维护系数137

参考书目139