照明知識 (from Philips)
一、基本照明專業(yè)度量與單位
以下四種基本照明專業(yè)度量與單位
二、照明度量與單位的關(guān)系 :
光通量 (f) 與光度 ( I ) 的關(guān)系
光度 ( I ) 與照度 (E) 的關(guān)系
射入角的余弦定律 Cosine Law 與垂直照度
三、照明度量會使用兩組不同的參數(shù) :
當(dāng)在已知的照明電磁輻射下考量， 我們會一方面著重能量效率與另一眼睛視覺靈敏度方面； 基本上這是兩種截然不同的考量角度， 在照明量化過程中是完全不 同的數(shù)據(jù)。 為了解決這個(gè)疑慮， 通常將依照明工程實(shí)例中最合宜的方案來取決： 即，產(chǎn)品的耗電量與眼睛視覺靈敏度， 因此， 光是人類眼睛視覺靈敏度條件下光線投射的衡量基礎(chǔ)。
四、光的瓦特?cái)?shù) The Light Watt :
眼睛視覺靈敏度會隨著燈的波長而變化； 在白晝明亮環(huán)境時(shí)， 眼睛對中波長黃綠色光 (555 nm) 最敏銳； 由此， 在波長 555 nm 環(huán)境下一個(gè)電源能量(瓦特) 轉(zhuǎn)換成光能量 (瓦數(shù)) ， 在不同波長的可見光下一個(gè)瓦特能量， 將會隨著白晝眼睛視覺靈敏度的光譜中各種因素而改變， 這個(gè)變化曲線稱為白晝視覺曲線 V(l) ； 如此一來， 光的瓦特?cái)?shù)是取決于光的波長， 例如： 一個(gè)波長 490 nm 光是坐落在波長 555 nm 白晝眼睛視覺靈敏度曲線中百分之二十的位置， 且一個(gè)波長 490 nm光只能將一個(gè)電源能量(瓦特) 轉(zhuǎn)換等于 0. 2 個(gè)光能量 (瓦數(shù)) 。
在低亮度水平， 整個(gè)眼睛視覺靈敏度曲線會左移 (相當(dāng)于靠近較短波長) 而其最敏銳的高點(diǎn)是 507 nm 位置， 這個(gè)曲線被稱為夜晚視覺靈敏度曲線。
五、燭光 The candela :
光的瓦數(shù)是將可見光的視覺感受轉(zhuǎn)換成量化的單位， 并排除了一些仿真兩可的因素。 可是， 雖然光的瓦數(shù)曾是以前的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)與遵循公式， 也由此衍生出光的 單位 - 原先是稱"燭光源 candle power"， 之后在 1948 年被簡稱為 "燭光candela" ， 而這才是符合真實(shí)的光度有方向特性的單位； 有一燭光光度的光源每秒鐘向四面八方投射的量就被稱為 "流明 lumen"， 這個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)一直持續(xù)使用至今。
六、最佳的光譜光源效率 Maximum spectral luminous efficacy
經(jīng)由計(jì)算后， 可知在波長 555nm 環(huán)境下一個(gè)電源能量(瓦特) 相當(dāng)于 683 流明，這也是"最高的光譜光源效率"， 如在波長 490nm 環(huán)境下一個(gè)電源能量(瓦特) 相當(dāng)于 137 流明(0. 2x683=137lumens) 。 因此， 流明就可定義成眼睛視覺靈敏度下每秒鐘對光源發(fā)出的量的總合。
七、照度定義
照度-符號 E， 單位勒克斯（lx）
照度定義
照度是指落在表面單位面積上的光照總量或光通量（如圖所示） 。 它由符號 E表示。 計(jì)量單位是勒克斯（lx） 。 1 勒克斯等于 1 流明/平方米 (lm/m2)
照度可被定義為：
表面入射光通量與表面面積的比率
照明度不受光通量到達(dá)表面的方向影響。
一些實(shí)際例子：
八、余弦法則
平面上不垂直于照射方向的任意一點(diǎn)的照度等于該點(diǎn)方向的照度除以該點(diǎn)到光源距離的平方。 該照度值必須乘以入射光線和平面垂線夾角 g 的余弦（圖八） ，因而得到：
該公式被稱為余弦法則。
對于水平表面， 為方便起見經(jīng)常把上面的公式加以修改： 替換表面上光源距離（d）作為光源高度 h 的一個(gè)函數(shù)。
如果光線不是垂直到達(dá)平面而是和平面成一夾角 g， 則得到下面的公式：
光源， 距離' d' ， 平面 A
垂直照度
按照類似推理， 該點(diǎn)的垂直照度是：
九、輝度的定義 Definition of luminance
輝度 Luminance - 符號是 L， 其單位是每平方公尺的燭光數(shù) (cd/m2 )
輝度的定義 Definition of luminance
輝度是指從某一方向的一個(gè)表面積單位所放射光的量； 這個(gè)表面可能是自行發(fā)光或只是傳送光的物體─就如同光源或太陽─但也可能是其它發(fā)光體反射的光線(就像街道的亮光是來自街燈， 而街道的亮光就成為第二個(gè)光源) 。 輝度的符號是L， 其單位是每平方公尺的燭光數(shù) (cd/m2 ) 。
輝度可被定義成： 從某一方向反射的光束在單位面積的比率。
以不同角度檢視會有不同的視野
所謂視野指的是以不同角度檢視物體， 其反射的表面； 例如， 綜合一個(gè)球體在任一角度的橫斷面的外觀視野都是球形， 得知其是一個(gè)球體。
即使以相同照度投射在不同物體， 其反射表面的光度也會不同， 也就是將有不同的輝度。 如同光度與外觀視野會隨距離不同而改變， 輝度也會因距離不同而有所改變； 換言之， 輝度通常是隨著檢視的方向角度而改變， 除非該物體表面會有漫射或反射現(xiàn)象。
TOP = 頂點(diǎn)；SIDE = 側(cè)面；FRONT = 正面
十、照明品質(zhì)最重要的要素 The most important lighting quality
真正影響我們"視"的效果是照度， 或者應(yīng)該說是在檢視范圍中照度的差異度； 照度也是照明工程的三大簡易測量數(shù)據(jù)(光通量， 光度與照度) 中最重要的。
以下是常見的實(shí)例： (cd/m2= 燭光/平方公尺)
十一、光束 (光通量) Luminous flux – 表示符號 f， 單位流明 unit lumen (lm)
Definition of luminous flux 光束 (光通量， 或稱光源的發(fā)光量)
光束 (光通量) 是指光源每秒鐘所發(fā)出的量之總和， 簡單的說就是發(fā)光量， 表示符號是 f， 而單位是流明 (lm) 。
光束 (光通量) 可定義成： 光源每秒鐘所發(fā)出的發(fā)光量與人類眼睛在光學(xué)感光度為基礎(chǔ)而測得的數(shù)量。
以下是常見光源的光通量對照表：
十二、光源效率 Luminous efficacy
經(jīng)由以上光通量對照表， 光源耗電量與散發(fā)出光通量之間的并無固定關(guān)系， 而光通量與耗電量的比率被稱作"光源效率"， 且指的是每一瓦電力所發(fā)出光的量； 如此一來， 每種光源將有各自的光源效率。
十三、光度的定義 Definition of luminous intensity
Luminous intensity 光度-表示符號 I ， 單位燭光 candela (cd)
光度的定義 Definition of luminous intensity
光度是指某一特定方向角內(nèi)每秒所放射光的量， 表示符號是 I， 而單位是燭光(cd) 。 光度可定義成： 某一特定方向角內(nèi)放射出的量(光通量) 。
由此， 將帶給我們有關(guān)立體角和它的"球面度 steradian"單位的概念； 這個(gè)立體角是可由一個(gè)頂點(diǎn)與圓錐體的曲面所環(huán)繞空間大小所度量出來。
一般而言， 光源的光束并不是平均地向四面八方放射， 而是向某一特定方向投射；
假設(shè)， 我們想象某一狹窄角度的圓錐體的頂點(diǎn)是一光源所在， 再讓光束平均 地投射出來， 而光束是經(jīng)由一個(gè)小孔延著立體角投射并形成一個(gè)圓錐體， 該光源的強(qiáng)度就稱作光度 (I) ， 其單位是燭光(cd) ， 該圓錐體的中心線就是此光源的方向。
球面度可度量出立體角 A Steradian is a measure for a solid angle
立體角的尺寸大小如同平面角的角度或弧度； 想象一個(gè)隨意半徑 (r) 的球面且含有以頂點(diǎn)為中心的圓錐體， 這小半個(gè)球體表面是由圓錐體所環(huán)繞的并對應(yīng)該圓錐體的立體角(w) 所形成； 假若此小半個(gè)球體表面積等于半徑的平方(r2 ) ， 而對應(yīng)于該立體角的就被叫作 "球面度 steradian"， 所以， 假設(shè)該小半個(gè)球體表面積不等于半徑的平方(r2 ) 時(shí)， 該面積將等于 A ， 而這立體角球面度。
整個(gè)球體就包含了 4p 球面度 A whole sphere contains 4p steradians
最大的立體角將會含蓋了一整個(gè)球體， 而一個(gè)半徑 r 的球體的表面積是 4pr2，這立體角將等于是
球面度； 因此半個(gè)球體將包含 2psteradians 球面度。
有關(guān)光度的概念在照明科技非常重要， 就如一般照明設(shè)備是無法平均地向四面八方投射。 這部份要非常謹(jǐn)慎小心處理； 當(dāng)以觀賞者而言某 些角度投射是比較重要的， 其它多余的光源就必需避免〈眩光問題！ 〉 。 所以， 針對光源或燈具的光度投射規(guī)劃， 安排恰當(dāng)?shù)耐渡浞较蚺c投射范圍將可提升光源效 率。
十四、反平方定律
Light Source = 光源
Intensity, I = 照度
h = 距離
P1 = 平面
Lux = 勒克斯
光源垂直照射至平面上某個(gè)點(diǎn)的照度就等于該方向的光度除以光源至該平面的距離平方， 若我們稱該距離為 h， 推演出以下公式：
舉例如下： 一個(gè)照射出 100 cd 燭光的光源， 當(dāng)在光源至垂直平面的距離為 3 公尺時(shí)， 該平面照度將是 100/3
2 = 11 lux 勒克斯； 當(dāng)在光源至垂直平面的距離為 2公尺時(shí)， 該平面照度將是: 100/22= 25lux 勒克斯。
這個(gè)關(guān)系就稱為反平方定律， 但直接的說， 這只適用于點(diǎn)光源； 一般而言， 這個(gè)定律最適用于該光源至該測量點(diǎn)的距離大于該光源最大面積的三倍長以上； 以另一方面實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測量的數(shù)據(jù)而言， 這段距離卻必需至少是光源最大面積的五至十倍長。
十五、光度 (I) 與輝度(E) 的關(guān)系-反平方定律
反平方定律
光束(光通量) (f) 與光度(l) 的關(guān)系
光束(光通量) (f) 與光度(l) 的關(guān)系
當(dāng)一個(gè)平均向四面八方放射的光源， 其某一角度的光度將等于光通量除以 ，也就是：
舉例說明， 一個(gè) 2000 流明的白熾燈泡裝在 0. 9 穿透率含有乳白玻璃外罩燈具內(nèi)，其某一角度的光度是：
這個(gè)算式只適用于有限的實(shí)例； 唯有光源放射至任何方向的光度都是一致的才適用。
