光学设计传统光源特性演示文稿

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电光源分类（按工作原理）:固体光源热辐射光源电致发光直接将电能转换成光能（LED）利用电能使物体加热到白炽状态而发光的光源(白炽灯，卤钨灯)气体放电源辉光放电弧光放电低压气体放电灯高压气体放电灯电压高，电流小（uA-mA），如霓虹灯荧光灯，低压钠灯高压汞灯，高压钠灯，金属卤化物灯利用电流通过气体而发光的电源当前3页，总共75页。

电光源的主要技术指标：1、额定电压、额定电流和额定功率额定电压：电光源正常工作的电压

额定电流：在额定电压下工作通过的电流

额定功率：在额定工作状态下所消耗的有功功率。2、额定光通量和发光效率

发光效率：光电源在额定工作状态下每消耗1W的有功功率所发出的光通量,单位是lm/w。发光效率越高越节能。当前4页，总共75页。

电光源的主要技术指标：3、平均寿命

电光源有效寿命的平均值。一般以小时表示。4、色表

光源发光的颜色称为光源的色表，它可用色温表示。色温是指电光源发出光的颜色。

2000K橙色;

2500K左右浅橙色;3000K左右橙白色;

4000K左右白中略橙；

4500~7500K白色（5500~6000K最为接近）;

日光的平均色温约为6000~6500K；蓝天的色温约在11000一20000K之间。当前5页，总共75页。

电光源的主要技术指标：5、显色性显色性是电光源发出的光照射在物体上，对物体呈现的颜色的真实程度。（由光谱的能量分布决定）当前6页，总共75页。

电光源的主要技术指标：民用建筑中一般要求:宴会厅、展览厅等场所R>80;办公室、教室、餐厅及一般商店的营业厅60<R<80;库房等不需特别识别色彩建筑物内40<R<60;室外庭院，R<40。6、频闪效应

由电源频率变化所引起闪烁感觉。造成电光源周期性的闪烁现象.当前7页，总共75页。

常见命名方法第一部分：字母如PZ－普通照明、ＹＺ－直管形熒光灯第二部分和第三部分：数字如ＰＺ２２０－４０额定电压２２０Ｖ，额定功率４０Ｗ第四部分和第五部分：字母或数字如ＰＺ２２０－１００－Ｅ２７（螺口，灯头直径２７mm）Ｅ为螺口Ｂ为插口

（外资产品有所不同）当前8页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯一、白炽灯1、构造：最早出现的电光源（第一代电光源）。将灯丝加热到白炽的程度，利用热辐射发出可见光。（2400-3000K）灯泡内冲入氩氮混合气体（防止灯泡放电，抑制钨蒸发）当前9页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯2、灯丝的材料要求：1）熔点高2）蒸发率小3）可见辐射选择性好4）合适电阻率5）加工容易6）机械强度好（耐振动和冲击）灯丝热电阻为冷电阻的12-16倍，灯启动瞬间电流很大物资熔点（K）铂2045锆2125铌2741钼2890钽3269锇3318钨3683碳约3820（易蒸发）当前10页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯3、白炽灯的分类（按灯头分）

：特种灯头螺口灯头（大功率,接触面大）插口灯头（小功率，耐震）聚焦灯头当前11页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯3、白炽灯的分类（结构和应用）普通照明用多见梨形，派生出磨砂、乳白玻璃（使灯光变柔和）当前12页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯3、白炽灯的分类（结构和应用）装饰白炽灯蜡烛灯和彩色玻璃制作的节日灯泡当前13页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯3、白炽灯的分类（结构和应用）反射型灯泡内壁镀有反色层，使光束定向反射，多用于橱窗，广告展览馆当前14页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯3、白炽灯的分类（结构和应用）局部照明灯泡（低压灯泡）结构外形与普通灯泡一致，就额定电压较低（36,12,6V）常见：便携式手提灯，机床照明灯，台灯当前15页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯4、辐射特性钨丝热辐射的波长范围广，而可见光仅占其小的比例。随着温度升高而增加，可见光也相应增多。 并且λm越接近可见光区域，温度愈高，光效愈高。E（λ）0λm3807803600K2500K当T=5000C，光谱发出红光，随T变化红光橙黄色白色光当前16页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯5、光电特性

额定电压

光源只有在额定条件下工作，才能获得各种规定的特性，否则将会影响光通、光效、输出功率和寿命。发光效率[η]

7—25Lm/W(因其极大部分辐射为红外线，故光效最低)寿命

1500—2000H(由于灯丝的蒸发很快，所以寿命也较短;大功率时,充入惰性气体)色温和显色性

T/2400-2900K(比天然光较呈红色,使肉色更鲜艳,不适合布店)R：99-100光效寿命光通U100％。。当前17页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯6、白炽灯的特点及应用有高度的集光性，便于光的再分配适合频繁开关，点灭性能及寿命影响小显色性能好光效较低特点当前18页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯白炽灯的应用适用于家庭、宾馆、饭店及艺术照明信号照明、投光照明和小型建筑物照明电影、剧院和舞台布景照明当前19页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯卤钨循环（1881年理论，1959年第一只充碘钨丝灯）：

被蒸发的钨与卤素结合成挥发性的卤化钨，通过扩散或对流到高温的灯丝附近又被分解为卤素和钨，其中钨吸附在灯丝表面，卤素又和蒸发出来的钨反应，防止管壁发黑,延长寿命。碘钨灯和溴钨灯(常用卤钨灯):

溴比碘的化学性活泼，清洁管壁的效果更好。溴乃无色透明，故溴钨灯较碘钨灯的光效高，色温也有所提高。二、卤钨灯当前20页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯1、结构特点：1）玻壳常采用耐高温而膨胀系数高材料（石英玻璃或硬质玻璃）做成较小尺寸，体积比普通白炽灯小很多2）玻壳体积小，提高了灯管机械强度。管内气压较大，进一步抑制钨蒸发3）为提高光效，工作温度要高于普通白炽灯。灯丝制成单螺旋或双螺旋，且很密很细。管内设有钨丝支架圈，固定灯丝4）因工作温度高，输出端与灯管封接处，只能采用高稳定性钼铂做为导电体当前21页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯石英玻璃管金属支架灯丝单端式双端式内部除惰性气体外，少量卤族元素或与其相应的卤化物；为确保卤钨循环（卤化物处于气态），管壁温度比普通白炽灯要高，碘钨灯>250°C，溴钨灯>200°C各种卤化物灯区别在于卤钨循环的温度不一样，比较成熟的碘钨灯和溴钨灯。当前22页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯2、常见卤钨灯双端式（管形）:室内外泛光照明一般>500W管状直径：8-10mm;长度：80-330mm注意：1）水平安装，否则卤化物集中一端，破坏卤钨循环；2）管壁温度高达200°C以上，不与易燃物在一起；3）引线封口处最薄弱，避免弯折、扭曲或过大压力4）灯丝又细又脆，避免震动与撞击，单螺旋或双螺旋当前23页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯单端式:75W,100W,150W,250W等磨砂,透明，体积小，定向性好装饰性强，安装简便。应用：仪器、电影、电视、舞台等艺术照明；近年进入家庭，常见新型台灯、落地灯、小型射灯、聚光卤钨灯等当前24页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯当前25页，总共75页。

§2-1白炽灯和卤钨灯3、卤钨灯的特点和应用：灯的寿命大大的提高50%，光效提高30%（比白炽灯，泡壳涂红外反射膜）温度升高，可见光增加，光色改善，显色性好。（99）透过率改善。10—30Lm/W

应用体育场、广场、会场、舞台、机场、商业和摄影等！不宜作为移动式的局部照明水平安装±4O

避免与易燃物接触当前26页，总共75页。

§2-2荧光灯一、结构与工作原理：荧光灯是一种预热式低压汞蒸气放电灯。（第二代电光源）由放电产生的紫外线辐射激发荧光粉而发光。（钨丝，涂有电子发射物（钡、锶、钙）较低温度可产生热电子）惰性气体（氩、氪、氖）卤磷酸钙（显色性差）；三基色荧光粉（光效高，显色性好，价格贵）当前27页，总共75页。

§2-2荧光灯荧光灯的能量转换示图荧光灯灯管电极发热34％紫外线63％可见光3％紫外线发热38％荧光粉发光25％

对流传导热辐射可见光40W100％28％253.7nm,185nm最强当前28页，总共75页。

§2-2荧光灯1）通电后，启辉器辉光放电，加热双金属片，触点闭合，预热阴极灯丝。金属片闭合，辉光放电停止。1-2S后，双金属片冷却收缩，触点分离。2）镇流器产生较高自感电动势，加在灯管两端，使管内气体和汞蒸气电离，导电。当前29页，总共75页。

§2-2荧光灯汞Are自持放电电离荧光粉紫外线可见光当前30页，总共75页。

§2-2荧光灯二、荧光灯的分类1、按启动方式分类预热启动(启辉器预热，并施加反冲电压点燃灯管)快速启动（1S就可启动,内壁涂敷透明导电薄膜,外壁敷设导电条，镇流器内附加灯丝预热回路，提高镇流器的工作电压）瞬时启动(漏磁变压器产生的高压瞬时启动，电极不用预热)2、按功率分类(灯的负荷或管壁单位面积所耗散的功率)标准型(管壁负荷约300W/m2,标准点灯条件:环境温度20-250C,湿度低于65%,管壁最佳温度400C)高功率型(500W/m2)

超高功率型(900W/m2)当前31页，总共75页。

§2-2荧光灯二、荧光灯的分类3、按灯管形状和结构分类直管型荧光灯

:T12(直径38mm,12*1/8in，或12*3.175mm),T8(管径25mm,T12改良，光效高，更省电，省材料，更环保，寿命长,卤磷酸钙荧光粉),T5（管径15mm.三基色荧光粉）高光通单端荧光灯:一端有四个插脚,紧凑,光通量输出高,维持好,布线简单适合吊顶环形荧光灯：光源集中，光色均匀，造型更美，多为镇流器和启辉器一体化紧凑型荧光灯:及白炽灯和荧光灯优点耗电仅为白炽1/4寿命8000-10000h当前32页，总共75页。

§2-2荧光灯4、按灯管工作频率分类工频灯管：50Hz,60Hz,与电感镇流器配合使用高频灯管：20-100KH,高频电流与电子镇流器配合使用直流灯管：电灯回路从市电取用工频50Hz或60Hz经整流后直流二、荧光灯的分类当前33页，总共75页。

§2-2荧光灯三、光电特性电压的波动影响(10%):U高,I大,电极升温,灯管早期发黑;U低,I小,难维持电极正常工作温度,所以加剧阴极发射物质的溅射,使寿命缩短。开关次数影响:开关次数越多,寿命越短.优质电子启动器和高频电子整流器的使用.环境温度和湿度的影响:环温<100C,汞蒸气压力下降，紫外线辐射减弱光效下降；环温<50C，对荧光灯工作极为不利；环温>350C,汞蒸气压力增大，253.7nm紫外线辐射减弱，光效降低；环温为20-35°C，发光效率最大；湿度过高,易在灯管表面形成潮湿薄膜,相当电阻，降低灯管两级启动电压，造成启动困难。需要加大启动电压,灯丝预热电流加大,阴极损耗加大.湿度小于60%可正常工作。当前34页，总共75页。

§2-2荧光灯三、光电特性闪烁与频闪现象:(交流)当i=0时,φ=0,产生闪烁感,因荧光粉的余辉作用,感觉不明显,但灯管老化就感觉明显.消除方法:可采用分相供电,电容移相,直流供电,电子镇流管.其它特性:高频工作特性,当f>1kHz,灯内电离状态不随电流迅速变化,其伏安特性趋于线性,降低波形失真,发光效率提高,可以克服频闪.电子镇流器(电源变换器)当前35页，总共75页。

§2-2荧光灯

光效紫外线强度汞蒸气压力形状、冷端温度

室温

光通环境温度对光效影响很大！在200C光效最高低于100C启动困难-50C无法启动温度的影响当前36页，总共75页。

§2-2荧光灯湿度过高对荧光灯的启动和工作不利。严重影响其使用寿命！相对湿度在60%以下对荧光灯的工作是有利的，75%~85%时是最不利的当前37页，总共75页。

§2-2荧光灯荧光灯的余辉作用产生闪烁感，当这种变化的光线用来照明周期性运动的物体时，就会降低视觉的分辨能力，这种现象称为频闪现象。

大面积单相供电也会产生一定的频闪现象

改善分相供电电容移相直流供电当前38页，总共75页。

§2-2荧光灯寿命长光通衰减少启动慢点燃迟发光效率高不能频繁启动环境要求高光色丰富显色性能好3000h3-5S25-67Lm/W温度湿度R70-99色温范围广当前39页，总共75页。

§2-2荧光灯适用于进行较精细的工作，照度要求较高或进行长时间视觉工作的场所。光谱较连续，显色性好，故适于需要正确识别色彩的场所。节能的场所。光色特殊，故适合于无天然采光的空间照明或要求环境较舒适的场所，但悬挂不宜太高。不宜在开关频繁的场所和环境质量恶劣的地方使用，瞬时启动和调光的场所也不适合。当前40页，总共75页。

§2-3钠灯利用钠蒸汽放电发光的气体放电灯

高压钠灯、低压钠灯一、低压钠灯低气压钠蒸汽放电中钠原子被激发而产生放电发光结构：

放电管，外管，灯头放电管：耐高温，不受钠金属，蒸气腐蚀的玻璃管，管径16mm左右，为避免管太长，制成U型，管内充入钠、氩、氖混合气体外管由普通玻璃制成，管内抽真空，内壁涂有氧化因等透明物资，将红外线反射回放电管，管温保持270°C当前41页，总共75页。

§2-3钠灯

特点：

启动电压高用开路电压较高的漏磁式变压器直接启动，U>400V;冷态启动时间8-10min;正常工作时断电6-15ms不致熄灭，再启燃时间不足1分钟显色性差,橙黄色;几乎589nm单色光发光效率可达150LM/W以上;（光谱与人眼最敏感的555nm很接近，实验室可达400LM/W

）寿命长达2000-5000h。点燃次数有影响，要求水平点燃。当前42页，总共75页。

§2-3钠灯

铁路、高架路、隧道等要求能见度高，显色性要求不高当前43页，总共75页。

§2-3钠灯二、高压钠灯（104Pa金属钠蒸汽激发）放电管:钠汞齐，氩气（干燥环境），氙（改善启动性能）利用高压钠蒸气放电发光的一种高强度气体放电光源钠对石英玻璃有较强腐蚀，所以采用陶瓷放电管，管径小，提高光效。保证放电管最佳温度（250-300°C）以下，外泡壳抽成真空，减少外界环境的影响冷启动，无辅助电极，电极间要有1000-2500V高压脉冲，必须有启燃触发装置，可装在放电管与外管间（双金属片、电阻、触头）或外接触发器结构：当前44页，总共75页。

§2-3钠灯接通电源后，启动电流经过双金属片、触点、电阻。电阻发热使双金属片断开；双金属片断开瞬间，镇流器（外接）产生很高脉冲电压，使放电管击穿放电；开始放电时，通过氙气和汞进行，灯光为很暗的红白辉光，随着放电管温度上升，放电向高压钠蒸气过渡，经5分钟左右达稳定，光色为白金色，靠灯泡放电热量，双金属片保持断开；启燃时间：4-8min;重启时间：10-20min，让双金属片冷却使触点闭合；工作原理：工作电路当前45页，总共75页。

§2-3钠灯特点：光效高（150LM/W）、紫外线辐射小、透雾性能好、光通维持性好、可任意位置点燃、耐震等；显色性差，R为20-25；适当提高管内气压，可提高R,但光效会下降。交通道路，航道，机场跑道照明，当与其它光源混光后，可用于照度要求高的高大空间场所。当前46页，总共75页。

§2-3钠灯当前47页，总共75页。

§2-4金属卤化物灯（第三代光源）主要靠金属原子的辐射发光，再加上金属卤化物的循环作用，获得比高压汞灯更高的光效，同时改善光源的光色和显色性能。外形结构与高压汞灯相似放电管充有汞和氩气(易起燃)外，还充有金属卤化物（以碘化物为主,蒸气气压比纯金属高；不与石英玻璃反应）;

发光效率高70LM/W、显色性能好、但平均寿命短,不能立即再启燃。结构特点：当前48页，总共75页。

§2-4金属卤化物灯工作原理：当金属卤化物扩散到高温中心后分解为金属和卤素原子，金属原子在放电中受激发而发出该金属特征光谱。启动点燃后，灯管放电在惰性气体中进行，发出暗淡的光，随着放电继续进行，产生的热量逐渐加热玻壳，汞和金属卤化物随玻壳温度上升迅速蒸发，并扩散到电弧中参与放电。当前49页，总共75页。

§2-4金属卤化物灯种类：钠铊铟灯：充入钠、铊、铟碘化物由钠、铊、铟三种金属原子发出线状光谱叠加而成，589-589.6和535nm,都在555nm附近，所以光效高，可达80LM/W，色温约5500K,平均显色指数60-70。光效和光色的一致性差；高温，钠会对石英管壁腐蚀，使钠慢慢流逝，光效和光色产生变化；镝灯：充入镝、铊、铟碘化物镝为稀土类金属，能在可见光区域发出大量密集光谱线，间隙小，可认为光谱连续，与太阳相近，所以可得到日光的光色，显色性可达90，光效75LM/W钪钠灯：钪、钠碘化物钠发出强光谱，钪发出许多连续的弱光谱，发光效率高，80LM/W，显色指数60-70。当前50页，总共75页。

§2-4金属卤化物灯总之：金属卤化物灯具有：发光效率高，光色好，显色指数高，体积小，适用于各种场所的一般照明，特种照明，和装饰照明。不足：启动设备复杂，寿命短，不适于频繁启动，价格昂贵。场合：机场，体育场的探照灯；公园，庭院照明，电影，电视拍摄光源及歌舞厅装饰照明小功率金属卤化物灯当前51页，总共75页。

§2-5高压汞灯和氙灯放电管：耐高温、高压的透明石英玻璃，抽去空气和杂质，充入Hg和少量氩气。放电时，管内气压2-6个大气压，管壁温度达400-600°C.电极：主、辅电极由钨丝做成，涂有电子发射物;玻璃外壳：使放电管稳定工作，将其封装在外泡内。，抽成真空，充入惰性气体。内壁涂有荧光粉；降低启动电压和保护电极。炮壳常充入数十千帕的氖气或氖氩混合气体绝热用一、高压汞灯：1、结构与原理主要由灯头、放电管、玻璃外壳组成当前52页，总共75页。

§2-5高压汞灯和氙灯一、高压汞灯：1、类型普通型荧光高压汞灯反射型荧光高压汞灯（外泡内壁镀有铝反射层，然后再涂荧光粉，具有定向反射性能）自镇流荧光高压汞灯热辐射和气体放电的混合光源(放电管与外泡间装有与白炽灯相似的钨丝，可代替外接镇流器，同时可像白炽灯一样发光)需与镇流器配套使用2、工作原理开关K合上，辅助电机E3和主电极E1间发生辉光放电，产生大量电子、离子。引发主电极E1和E2间弧光放电，灯管启燃。辉光放电的电流受启动电阻（40-60K）限制，使主辅间电压低于辉光放电。所以辉光放电停止。放电之初：在氩气中进行，产生白光；放电时间增加：温度升高，汞蒸气压力大分，放电转移到汞蒸气中，发出更明亮的蓝绿光。当前53页，总共75页。

§2-5高压汞灯和氙灯基本性能：1）启燃与再启燃启燃到灯管稳定需4-8min;启动过程光电参数变化较大；熄灭后再启动需5-10min。低温环境启动较困难，甚至不能启动。2）光通量输出和发光效率发光效率较高40-60lm/W，自镇流荧光高压汞灯光效会低点12-30lm/W，因钨丝光效较低3）颜色特性高压汞灯光谱包括线光谱和连续光谱，色温5000-5400K,光色为淡绿色，与日光差别很大，显色指数大，一般30-40，很少用于室内照明。当前54页，总共75页。

§2-5氙灯和汞灯光效高、耐震、耐热、寿命长等特点。启动时间较长，不宜于作室内照明光源，也不能单独做为事故照明光源。多用于车间、礼堂、展览馆等室内照明，或道路、广场的室外照明。高压汞灯的寿命通常是按每启动一次点燃5小时计算的，如果开关频繁则寿命缩短。氙灯：高压氙灯放电产生强光。显色性较好，发光效率高，功率大.（人造小太阳）长弧氙灯、短弧氙灯注意：防紫外线对人体伤害应装设滤光玻璃；应装设在视线不及的高度避免眩光3KW>12M,10KW>20M,20KW>25M特点：当前55页，总共75页。

§2-5氙灯和汞灯当前56页，总共75页。

§2-5氙灯和汞灯当前57页，总共75页。

§2-5氙灯和汞灯当前58页，总共75页。

§2-6高压气体放电灯（HID）一、概念

由于管壁温度而建立发光电弧，其发光管表面负荷超过3W/Cm2的气体放电灯，称为高压气体放电光源。如：高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯和氙灯等。二、工作原理通电辉光放电(主、辅电极间)弧光放电使金属或金属卤化物蒸发并稳定（4-10min）再启动时间长：5-10min辅助电极主电极发光管外壳当前59页，总共75页。

§2-6高压气体放电灯（HID）高压荧光汞灯金卤灯高压钠灯材料汞、Na、Ar荧光粉金属卤化物、汞Na、汞、N2温度400~50000C700~100000C35000C光效32~60Lm/W52~13064~150R30~6060~9020~25色温5500K3000~6500K1900~2800K寿命1~2万h0.3~1.0万h1.2~2.4万h启动时间4~8min4~10min4~10min当前60页，总共75页。

§2-6高压气体放电灯（HID）高压荧光汞灯金卤灯高压钠灯频繁启动对寿命影响很大不明显不明显电压影响不容易启动和自熄，对寿命没有影响，对镇流器要求高环境影响影响较少经济性价格低廉昂贵适中安装要求无特定要求按光源厂家说明安装灯头向上点燃位置的变化影响光效、光色。（金卤灯）当前61页，总共75页。

§2-6高压气体放电灯（HID）应用高压汞灯厂房、体育场馆、街道、广场、车站码头等。对光效要求不高对光色无特殊要求金卤灯高压钠灯

较繁荣街道、商业、广场照明、舞台摄影、体育场馆等主干道路灯照明、港口车站和广场照明等对光色要求较高对光色无特殊要求而光效较高的场所当前62页，总共75页。

§2-6高压气体放电灯（HID）

在室外照明设计中，对于综合性空间的照明处理应按金卤灯和高压钠灯混光配合，互为补充，以求得更好的照明效果！建议应用当前63页，总共75页。

§2-7其他电光源一、霓虹灯（辉光放电）外形：细长，内壁涂荧光粉，充入少量氩、氦、氙、汞等气体。配专门的漏磁式变压器（2KV左右高压，管越长，要求电压越高）。颜色：玻璃管内的气体玻璃管颜色电子程序控制器：控制下霓虹灯其产生多种循环变化的灯光色彩。当前64页，总共75页。

§2-7其他电光源二、场致发光屏（EL）

在电场强度（>104V/CM）的作用下，自由电子被加速到具有很高的能量，从而激发发光层，使之发光。光效15LM/W，寿命长，耗电少,响应快，便于控制；与其它光源比，表面较暗，不适于一般照明场合

可分割成各种图案与文字，可用在指示照明，广告，电脑显示屏。结构：玻璃板、透明导电膜、荧光粉层、高介电常数反射层、铝箔、玻璃板叠合；发光屏与电极间距离仅几十微米原理：当前65页，总共75页。

§2-7其他电光源

体积小，重量轻，耗电省，寿命长，亮度高，响应快通过组