照明科学

电磁波理论

光是一种电磁辐射，由从光源向各个方向传播的横波组成。与声波不同，光波由垂直于传播方向的电场波和磁场波构成，并能在真空中传播。

电磁波谱

电磁波谱的范围从长波无线电传输（波长可达2,000米）到宇宙射线（波长低至10⁻¹⁸米）。可见光占据380-780纳米的波长范围，不同波长会产生不同的颜色感知。

量子理论

马克斯·普朗克的量子理论确立了电磁能量是以被称为"量子"（可见光的光子）的离散形式发射的。能量含量与频率直接相关：E = h·f = h·c/λ，这解释了为什么较短波长具有较高能量。

热辐射体

因温度升高而发射电磁辐射的物体，例如白炽灯和太阳。色温表征感知颜色，较低温度（2000-3000K）呈现暖色调，较高温度（5000K以上）呈现冷色调。

气体放电辐射体

通过在透明管中使电子流穿过气体而产生光。包括低压（荧光灯）和高压气体放电灯（HID灯），具有更高能效（最高达白炽灯的15倍）和更长使用寿命（10,000-25,000小时）。

Solid-State Radiators

LED通过电子在半导体材料p-n结间的移动产生光。现代LED实现的能效可与气体放电灯相媲美，其白光通过RGB组合或荧光粉转换产生。

灯具类型与特性

不同应用需要特定的灯具特性，包括光效、色温、显色性、使用寿命、可调光性及物理特性。灯具谱系揭示了热辐射光源、气体放电光源与固态照明技术之间的关联。

反射

利用特定反射特性表面实现光方向控制。类型包括镜面反射（类镜面）、漫反射（全方位散射）和混合反射。光纤中的全内反射可实现高效光传输。

吸收与透射

未被反射的光线要么被吸收（转化为热能），要么穿透材料。透射率随材料特性和波长变化，彩色滤光片可选择性地透射特定光谱成分。

折射

光在不同密度介质间传播时发生的弯曲现象，遵循斯涅尔定律：sinα₁/sinα₂ = n₁/n₂。折射率随波长变化，导致棱镜和透镜中出现色散现象。

干涉

光的波动性产生的干涉效应应用于二向色镀膜、抗反射表面和滤色片。薄膜干涉可分离辐射分量，实现了冷光束卤素灯等技术。

光度学量

专业照明单位同时考虑了辐射能量和人眼敏感度（V(λ)曲线）。关键度量包括光通量（流明）、发光强度（坎德拉）、照度（勒克斯）和亮度（坎德拉/平方米）。

实用关系式

基本关系式包括平方反比定律（E = I/d²）、斜面余弦定律，以及适用于漫反射表面的照度与亮度换算公式（L = ρ·E/π）。

测量技术

照度计通过光电池测量照度，另有专门测量发光强度的测角光度计、测量光通量的乌布里希球以及测量亮度的亮度计。

视觉过程与眼睛解剖结构

人眼工作原理类似相机，通过角膜、晶状体、虹膜和视网膜处理视觉信息。超过80%的环境信息通过视觉获取。

视杆细胞与视锥细胞视觉

视杆细胞支持暗视觉（弱光环境、单色、周边视野），其峰值敏感度为507纳米。视锥细胞支持明视觉（强光环境、彩色、细节分辨），峰值敏感度为555纳米。中间视觉则是在中等光照水平下由两种系统共同参与。

视觉调节机制

调节（对焦）、适应（灵敏度调整）和辐辏（双眼协调）功能共同确保在不同条件和距离下实现最佳视觉

视觉表现与舒适度

对比度检测、视锐度和眩光管理决定视觉性能。影响因素包括适应状态、物体尺寸、观察时间以及与年龄相关的视力变化。

心理与情感因素

照明影响情绪状态、空间感知和氛围。Kruthof曲线描述了照度水平与色温之间的优选关系。

色彩混合

加色混合（RGB光组合）产生更明亮的效果，而减色混合（颜料、滤光片）则产生更暗的效果。在加色系统中，三原色（红、绿、蓝）组合形成白光。

色彩三角与色温

CIE色度图通过x-y坐标量化颜色感知。色温用于表征热辐射体，而相关色温则描述气体放电和固态光源。

Chromatic Adaptation

眼脑系统会适应光照条件，根据环境和适应状态将不同的白平衡感知为"白色"。

显色性

一般显色指数（Rₐ）量化了光源相对于参考光源还原物体颜色的真实程度。数值范围从负值（较差）到100（极佳）。

昼夜节律

光暗周期调控包括睡眠-觉醒周期、体温和激素分泌（皮质醇、褪黑素）在内的24小时生物节律。晨光可同步人体内部生物钟。

非视觉生物效应

内在光敏性视网膜神经节细胞（ipRGCs）连接至大脑生物钟（SCN），其影响生理过程的过程独立于视觉感知。

Spectral Sensitivity Differences

生物敏感性在蓝色光谱区域（约460-480纳米）达到峰值，而视觉敏感性则在黄绿色区域（555纳米）达到峰值。

Lighting Therapy

受控光照可治疗睡眠障碍、季节性情感障碍（SAD）、进食障碍，以及时差或轮班工作导致的昼夜节律紊乱。

照度水平要求

适宜的照度范围从0.25勒克斯（月光）到100,000勒克斯（直射阳光），针对不同应用场景根据任务难度和用户年龄设有具体建议值。

空间分布

均匀度比率、亮度分布和眩光限制可确保视觉环境的平衡。推荐反射率范围：天花板（60-90%）、墙面（30-80%）、工作平面（20-60%）、地面（10-50%）。

光线方向性

定向光塑造立体感和阴影，漫射光最大限度减少阴影，间接光提供柔和照明。灯具的光分布决定照明效果和潜在眩光。

色彩考量因素

显色指数（Rₐ）与色温选择取决于应用需求。动态照明可调节这两个参数，以满足全天的生理需求。

经济性与环境影响

总拥有成本分析平衡了投资成本与运营成本（能源、维护）。照明占全球电力消耗的19%，凸显了能效和环保责任的重要性。