第1章 照明基础知识
1.1 光的基础知识
1.1.1 光的特性
1.光的定义
光是一种重要的自然现象。当一束光投射到物体上时，会发生反射、折射、干涉及衍射等现象。人们之所以能够看到客观世界中斑驳陆离、瞬息万变的景象，是因为眼睛能够接收物体发射、反射或散射的光。光不仅是人类视觉能感知的光，还包括人类视觉感知不到的红外线和紫外线等，光就其本质而言是一种电磁波，覆盖了电磁频谱一个相当宽（从X射线到远红外线）的范围，只是波长比普通无线电波更短。人类肉眼所能看到的可见光只是整个电磁频谱的一部分。光具有波粒二象性，即可把光看做是一种频率很高的电磁波（1012～1015Hz），也可把光看成是一个粒子，即光量子，简称光子。
电磁波刺激人的眼睛，经过视觉神经传达到人的大脑，使人可以看到物体的形状和颜色，这段波长的电磁波称为可见光，可见光的波长不同，人眼感觉到的颜色也不同。这类射线的波长范围在360～830nm之间，仅仅是电磁辐射光谱中非常小的一部分。波长的范围不同，决定了各种不同波长光的性质。780～380nm的光=次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，两种颜色之间没有明显的分界。将全部可见光波混合在一起就形成日光，即白色光。波长大于780nm的电磁波是红外线、微波和广播无线电波等。波长小于380nm的电磁波是紫外线、X射线和宇宙射线等。
光和其他所有的电磁辐射一样，在真空中以30万千米每秒的速度沿直线传播。当光通过某种物质时，如水或空气，其传播速度会减慢。光在真空中的速度和在媒质中的速度比值称为该媒质的折射率，在折射率不同的两种媒质的界面上，入射光线产生折射与反射现象。另外，光在传播过程中还会产生散射、漫反射、漫透射等现象。
人们通常所说的光是指“可见光”，它是由光源发出的辐射能中的一部分，并能产生视觉效应。从量子物理的观点看，光具有二重性：粒子性和波动性。单个光子呈粒子性，密集光子的集合衍射便呈现出波动性。所以，光是一种电磁辐射能，即电磁波，光线的方向也就是波传播的方向。
太阳光和光源在发出可见光的同时，都会有紫外和红外辐射，只是眼睛视觉反应不出来而已。在太阳光谱中，波长大于1400nm的光波被大气层中的水蒸气和二氧化碳强烈吸收；波长小于290nm的光波被大气层中的臭氧所吸收。
人的眼睛对不同颜色光的视觉灵敏度不同，对光谱中心部位的黄绿色光最灵敏，对两边的紫光和红光都不灵敏。人类在进化过程中紫外光和红外光对眼睛不产生视觉反应。紫外线会伤害人的眼睛，红外线只能刺激人的皮肤产生热的感觉。
眼睛视觉灵敏度会随着光的波长而变化，在白昼明亮环境时，眼睛对中波长黄绿色光（555nm）最敏锐。由此，若在波长555nm环境下一个电源能量（瓦特）转换成一个光能量（瓦数），则在不同波长的可见光下一个瓦特能量，将会随着白昼眼睛视觉灵敏度的光谱中各种因素而改变，这个变化曲线称为白昼视觉曲线V（λ）。如此一来，光的瓦特数取决于光的波长。例如，一个波长490nm光是坐落在波长555nm白昼眼睛视觉灵敏度曲线中百分之二十的位置，且一个波长490nm光只能将一个电源能量（瓦特）转换成0.2个光能量（瓦数）。在低亮度水平，整个眼睛视觉灵敏度曲线会左移（相当于靠近较短波长）而其最敏锐的高点是507nm位置，这个曲线被称为夜晚视觉灵敏度曲线。
2.光的数量
衡量光源发出光的多少的单位为光通量，光通量是指单位时间内光源发出（可见）光的总和，符号为Φ，单位是流明（lm）。光通量就是人眼对能量辐射通量的评价。
光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，在各色光中，黄绿色光能激起最大的明亮感觉。
光通量的单位是流明，是英文lumen的音译，简写为lm。绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305×103cm2面积上辐射出来的光通量为1lm。为表明发光强度和光通量的关系，发光强度为1cd的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1lm。
一般情况下，同类型灯的功率越高，光通量也越大。而不同类型的灯既使功率相同，光通量也有很大差别。例如，一只40W的普通白炽灯的光通量为350～470lm，而一只40W的普通直管型荧光灯的光通量为2800lm左右，是白炽灯的6～8倍。
3.照度
单位被照面上接收到的光通量称为照度，如果每平方米被照面上接收到的光通量为1lm，则照度为1lx。照度单位：勒克斯（lx）。夏季阳光强烈的中午地面照度约5000lx，冬天晴天时地面照度约为2000lx，晴朗的月夜地面照度约为0.2lx。
从其定义不难看出照度就是由lm/m2得到的，但这是在绝对理想的环境下才适用的，即光源发出的所有光全部照射在计算平面内，但这几乎是不太可能的，在实际运用中要考虑灯具、墙面、空气等对光源的遮挡、反射等，这样的计算往往就比较烦琐。通常情况下，照明设计会借助一些专业的照明计算软件，通过计算机来完成。
4.亮度
亮度是指光源在某一方向上单位投影面积、单位立体角中发射的光通量。如果把每个物体都视为光源的话，那么亮度就是描述光源光亮的程度。在同一房间同一位置一块白布和一块黑布的照度是相同的，而亮度是不同的。
光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直于指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米（cd/m2）。对于一个漫散射面，尽管各个方向的发光强度和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。