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瞳孔流明揭示光的真實質(zhì)量

 科視 閱讀:2302次
    多年來,許多學者在討論與深入研究“人類視覺原理以及光線對人類心理上的影響”這一課題。把光線描述成“流明輸出”并且測量其在工作面上的“燭光”一直以來都是描述和定義完成不同活動所需光數(shù)量的傳統(tǒng)方法。然而,基于光的視覺效果及其對人心理影響的研究結(jié)果將重新檢驗上述傳統(tǒng)方法的正確性。另外,顯色指數(shù)(CRI)和色溫(CCT)被用來描述光的質(zhì)量(即,與在晴朗的正午北極光下的顏色相比較,一個物體真實顏色的還原程度)。由于光源技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生出很多類型和顏色的光源,因此簡單測量流明的方法不能夠完全預(yù)測人類視覺(看得見)的好壞程度。一個最有說服力的例子就是,低壓鈉燈雖然能夠產(chǎn)生很多流明,但是它只能表現(xiàn)兩種顏色(也即黃和灰),在這種光源下,只能顯現(xiàn)物體的形狀,而顯現(xiàn)物體細節(jié)及真實性的能力卻喪失了。不同光源產(chǎn)生不同范圍的光譜,熒光燈具有寬范圍的光譜輸出。


  人的視覺質(zhì)量受很多因素影響,從光強、光分布、光色、到光對比度,以及光的反射、眩光、空氣質(zhì)量、物體和觀察者的運動等等更多其它因素。在低光亮和高光亮條件下,人類的眼睛使用不同的部位來看物體,人類眼睛的視錐細胞和視桿細胞被證明分別在光照條件相反的狀況下工作,視錐細胞用于識別光亮條件下的顏色和細節(jié)(亮視覺狀態(tài)),視桿細胞則承擔在昏暗條件下識別物體顏色和細節(jié)的責任(暗視覺狀態(tài))。在亮光情況下,人類的瞳孔收縮使得物體更多的細節(jié)被察覺到,同時景深和被察覺到的光亮度也相應(yīng)地增加;而在暗光情況下,人類的瞳孔放大使得更多的光線進入眼睛。 目前的光測量儀器和推薦的工作照明標準傳統(tǒng)上采用白天的視覺狀況(即處于亮視覺狀態(tài))來標定和校準,一般的室內(nèi)照明標準也是以亮視覺響應(yīng)為基礎(chǔ)來進行標定的。然而,眾多研究證明暗視覺理論比人們的想象還要廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)照明,并且極大地影響著瞳孔的尺寸。在最近的許多學術(shù)研討會中,相關(guān)的研究人員鼓勵照明設(shè)計師在選擇光源的時候采用光源的亮視覺與暗視覺之比(即P/S值)來進行設(shè)計,這樣做可以為用戶提供更好的照明設(shè)計、照明效果及良好的視覺感受。


  Sam Berman先生先前是Lawrence Berkeley 實驗室的照明系統(tǒng)研究組的成員,他是堅持采用亮視覺與暗視覺之比值(P/S)用于光源選擇這個設(shè)計理論的研究人員之一,基于不同光源的流明輸出條件,采用相應(yīng)的亮視覺與暗視覺之比值他建立了一套轉(zhuǎn)換系數(shù),從而得出針對不同瞳孔大小和視覺影響的人類眼睛能夠察覺到有效流明數(shù) (詳細數(shù)值見下表)。對于某些光源,如低壓鈉燈,采用這個理論時它將損失大部分光的輸出數(shù)量,然而對于其他光源,如高質(zhì)量熒光燈則會大大地增加光的輸出數(shù)量。
 

  新型光源-無極燈基本上可以認為等同于顯色性指數(shù)為80、色溫為4100K的熒光燈(如下表中T8光源)。在Berman先生的研究成果表中,對一個色溫為4100K的T8光源,其傳統(tǒng)光效數(shù)值為90 Lm/W,則其瞳孔(有效的)流明數(shù)值實際上為145 PLm/W。如果把光的對比度和光分布控制好,那么就可以得出以下結(jié)論:只需要較少電力功率就能夠獲得更好的視覺效果,而不是一味強調(diào)標稱的傳統(tǒng)流明輸出數(shù)值,這意味著可以實現(xiàn)節(jié)能的效果。


  表-傳統(tǒng)流明與瞳孔流明之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)


  該轉(zhuǎn)換系數(shù)(校正系數(shù))用于將傳統(tǒng)的每瓦流明數(shù)值轉(zhuǎn)換成每瓦瞳孔流明數(shù)值,它是用于衡量眼睛看到光源發(fā)出的光的有效性的一種方法。人類的瞳孔更加容易接受光譜末端的藍光部分。

光源 傳統(tǒng)的lm/w 校準系數(shù) 有效光效
(瞳孔流明數(shù)值)(PLm/W)
低壓鈉燈 165 0.38 63
5,000-K T5 熒光燈 104 1.83 190
4,100-K T8熒光燈 90 1.62 145
金鹵燈 85 1.49 126
5000-K LVD 無極燈 80 1.62 129
5,000-K 純?nèi)珶晒鉄?/TD> 70 1.58 111
3,500-K三基色熒光燈 69 1.24 85
50-瓦 高壓鈉燈 65 0.76 49
2,900-K 暖白光熒光燈 65 0.98 64
日光燈 55 1.72 95
35-watt 高壓鈉燈 55 0.57 31
5,000-I 90 CRI高顯色熒光燈 46 1.7 78
Vitalite 熒光燈 46 1.71 79
高壓汞燈 40 0.86 34
標準白織燈 15 1.26 19
鹵鎢燈 22 1.32 29

結(jié)論:
  最近的研究表明,白光(如無極燈產(chǎn)生的白光)受到偏愛并用來觀察在暗視覺條件下的運動物體,例如察覺夜晚在道路兩邊的行人、動物或其他運動物體。一些城市為了減少事故選擇使用白光光源(即使它的價格較高),而不使用黃光的高壓鈉燈。天黑后,在人們經(jīng)常集中的商業(yè)區(qū)域或地方,白光優(yōu)良的顯色性使得其在市區(qū)路燈照明成為最受歡迎的選擇。


  無極燈即為產(chǎn)生高質(zhì)量白色光的光源。雖然現(xiàn)在配套的照明燈具得到越來越多的應(yīng)用,但是由于其價格較高而使得其應(yīng)用還未普及。另外,無極燈的長壽命特點能夠顯著地節(jié)省因換燈產(chǎn)生的大量維護費用。


  白光被證明在視覺效果上有顯著的優(yōu)勢。目前的照明標準和規(guī)范的制定不能反映瞳孔流明這個影響因素,也不能反映瞳孔流明與傳統(tǒng)流明完全不同這個因素。關(guān)于光譜實用性和視覺機理的研究仍然在進行中,將來的照明設(shè)計標準和規(guī)范應(yīng)該反映這方面的研究成果。