照明技术基本参数

这里介绍各种有关照明技术参数（Parameter），尤其是关于视觉（Vision）、测光（Photometry）、比色（Colorimetry）以及辐射线测量（Radiometry）之间的关系。

图1所示是人眼对白天（Photon Vision）与夜间（Scotopic Vision）对可见光的感应强度与波长的关系，V（λ）是白天视觉，V’（λ）是夜间视觉，在白天眼睛对波长为555nm的光感强度最高，而晚上则对波长为507nm的光最敏感。此图是1924年国际照明委员会（CIE：International de I’Edairage）得到的。一般情况下，光进入视网膜（Retina）后，将光变成神经振动。视网膜的接收器有两种，就是小杆枝（Rod）及图锥（Cone），小杆枝是在夜晚较灵敏的接收器，但不能辨别颜色，因为它只有一个色素。高照明时，小杆枝的反应饱和，光全部到圆锥接收器，圆锥有三个色素（Pigment），即L型或长波长（Erythrolabe）、M型中波长（Chlorolabe）及S型最短波长（Cyanolabe），所以可以辨别颜色。



一般，在辐射线测量（Radiometry）时所用单位是瓦[特]（W），而测光（Photometry）时，则使用单位是流[明]（lumen，lm），其关系列在表1中。



由表可知，在555nm时，1W=683lm。发光效率（Luminous Efficiency）K是很重要的参数。



式中，R是辐射能量，单位是W；L是感光能量，单位是l；ηL是发光效率（Luminous Efficiency）也被称为照明效率，单位是lm/W；ηR是辐射发光效率（Radiant Efficiency），其单位是0到1，因为ηR=R/P，R是辐射能量，P是入射功率，两者单位相同，而ηL=L/P=ηRK，所以单位是lm/W。

比色(Colorimetry)用于测量颜色，有关参数包括三原色值（Tristimulus Value）、色度坐标（Chromoticity Coordinate）、色温（Color Temperature）、演色性或显色性（CRI：Color Rendering Index）。

从实验结果可知，一般颜色可以由三个基本或主要的颜色（Primary Colors）来代表，例如红色（R）、蓝色（B）及绿色（G），但有些颜色无法用这三种正值（Positive Amount）来代表，尤其是接近单色（Monochromatic）的颜色，因此采用假定的三个单位X、Y、Z来代表，即



其中，是标准色彩匹配函数（Color Matching Function），是1931年CIE所采用的理想观察者的特性，如图2所示。



为方便起见，引入x，y坐标，即



所示只要用x，y两个坐标即可。图3是1931年的CIE色度图（Chromaticity Diagram），图中示出了380~780nm的光谱轨迹。图4所示是黑体发热体的光谱，图5所示是普朗克曲线在不同色温时的等温直线，这些温度被称为色温或相关色温（Correlated Color Temperature）。如图3所示的普朗克曲线中，A点是钨丝色温2856K，B点是在太阳光直射下的4870K，C点在多云天气时的6770K，而D65则是白天为6504K。另外，E点x=y=0.3333是x、y等值点。一般，色温在800~3000K时有温暖感觉，色温3000K是接近白炽光的色温，使人感觉轻松舒适，适用于住宅、旅馆、餐厅等。而色温在4000~5000K冷的且柔和的阳光适合办公室、学校及医院等，色温6000~8000K的蓝白-深蓝色光，较且冷清，适合工业厂房等。

 

 

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图6示出不同区域的颜色分布图，可以用来组合所需要的颜色。例如，白色就可以用很多颜色组合而成。在图7中用蓝色加上黄色可以得到白色，另外用绿色、黄绿色、橙色加紫色也可以得到白色。图8指出三种不同的光谱，包括白天、日光灯及钨丝白炽灯均可得到白色。









因为1931年CIE色度图（图3）中，由白色中心到绿色及蓝色比到红色要远，所以1960年CIE采用u、v坐标及下列关系式改换x、y坐标：



由此得到图9所示的色度图，同时因为图1.22不对称，又通过如下坐标变换得到图10所示的u’-v’坐标色度图：

 

 

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另一个与照明有关的主要参数是演色性（CRI：Color Rendering Index），用Ra值表示，Ra最大值是100。演色性是物体在某种光源下所呈现的颜色与在太阳光照明环境下所呈现的真正颜色的比较，如果完全一样，则得到演色性最高值Ra=100，如果有偏差，则其值也减小。一般照明用的Ra值应大于80，目前汞灯及高压钠灯的Ra值仅约20，所以照射在物体上的光的颜色有一种奇怪的感觉，不适合用于照明，只能用于指示灯。各种场合照明光源需要的值Ra如下：零售卖场90+，家庭室内80，室外活动60，室外行人60+，室外普通照明40+。按现有技术，蓝光+黄色荧光粉的Ra约60+，蓝光+绿色及红色荧光粉的Ra约90+。如用二色500nm+590nm波长LED，Ra值约40,用三色（610nm+540nm+470nm）LED，Ra约80+，用四色(415nm+533nm+590nm+625nm)LED则可得Ra值约90+。





若要测量某一光源的演色性，可用图11所示的8种试验样品来测量光源的反射光谱，然后与图8的1964年的CIE图比较，找到其u、v坐标，计算出每一种样品的值，再计算8种样品的平均值得到Ra值。

这8种样品是：浅灰红色（Light Grayish Red）、暗灰黄色（Dark Grayish Yellow）、深黄绿色（Strong Yellow Green）、中等黄绿色（Moderate Yellowish Green）、浅蓝绿色（Light Blue Green）、浅蓝色（Light Blue）、浅紫色（Light Violet）和浅红紫色（Light Redish Purple）。

事实上要得到更精确的结果，则需要用14种样品，另外6种样品是：深红色（Strong Red）、深黄色（Strong Yellow）、深绿色（Strong Green）、深蓝色（Strong Blue）、浅黄粉色(Light Yellow Pink)及中等绿色（Moderate Olive Green）。因为Ra是深红色，对无红色的荧光粉将影响其Ra值。

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