پیشگفتار ۸

فصل (( ۱ ))  « میدان روشنایی یک چراغ » ۹

۱-۱ ) سیستم مختصات ۹

۱-۳-۴ ) موارد استفاده از فرمول تبدیل ۱۴

۱-۴)  زاویه فضایی ۱۴

۱-۴-۲ )  زاویه فضایی محصور بوسیله مستطیل(در یک نقطه) ۱۶

۱-۵ )  شار روشنایی، شدت روشنایی و روشنایی ۲۰

۱-۵-۱) قانون مربع معکوس ۲۰

۱-۵-۳ ) معادله روشنایی منبع نقطه ای ۲۲

۱-۵-۴)  شدت روشنایی ۲۳

۱-۵-۶ ) روشنایی ۲۳

۱-۶-۱ ) نمودارهای مختصات کارتزین ۲۴

۱-۶-۲ ) دیاگرامهای مختصات قطبی ۲۴

۱-۶-۳ )  دیاگرامهای هم واحد با کاندلا ۲۵

شکل ۱-۲۱ a – دیاگرام ایزو کاندلاb- – همان دیاگرام اما با ۹۰ درجه چرخش در سیستم مختصات کروی ۲۶

۱-۷ ) محاسبه شار روشنایی ۲۸

جدول ۱-۱   فاکتورهای منطقه ای برای منطقه های ۲ ، ۵ ، ۱۰ درجه ۳۱

۱-۷-۲ ) یک شیوه جایگزین ۳۲

۱-۷-۳ ) زوایای راسل (Russell Angles) 33

1) شبکه شدت روشنایی ۳۶

۲( نمودار ایزولوکس ۳۶

فصل (( ۲ ))        «جدول شدت روشنایی و ابزارهای کامپیوتری  مربوطه» ۳۹

۲-۱ ) مقدمه ۳۹

۲ – ۲ ) طرح بندی جدول I 39

شکل ۲-۱  منحنی قطبی نشان دهنده جدول I 42

2-3-1 ) درون یابی خطی ۴۳

۲-۳-۲) درون یابی غیر خطی ( درجه دوم ) ۴۵

۲-۳-۴ ) درونیابی در محدوده جدول I 47

2-4 ) چرخش چراغ حول محورهای نوری در سیستم مختصات (γ ،C ‌) ۵۰

۲-۴-۱ ) نمایش‌ ماتریسی حرکت های چرخشی ۵۱

۲-۴-۲ )  ترکیبی از جابجائیها ی چرخشی ۵۶

۲-۴-۳ )  تصحیح جدول I برای انحراف ۵۸

جدول۲-۹ محاسبة شار روشنایی منطقه ای در سیستم مختصات   ۶۳

۲-۶-۲ ) سیستم مختصاتی   ۶۵

۲-۷ )  شکل فایل‌ها برای انتقال الکترونیکی اطلاعات نورسنج چراغ ۶۷

نکته مهم: ۸۹

۳-۶-۵ ) روش منابع تفکیک شده ۸۹

۳-۷-۳ )  منابع خطی انتشار نور ۱۰۰

۳-۷-۴ )  انتشار نور از منابع نور گسترده با سطح خیلی زیاد ۱۰۶

۳-۸ )  روشنایی غیرمسطح ۱۰۹

۳-۸-۵ )  روشنایی مخروطی (از یک منبع نقطه‌ای ) ۱۱۵

۳-۹ )  حاصلضرب عددی ۱۱۷

۳-۹-۱ )  تعیین بردار واحد ۱۱۷

۳-۹-۳ )  انتشار نور در یک نقطه ۱۱۹

۳-۹-۴ )  مختصات (c,γ) ۱۱۹

فصل (( ۴ ))         « انتقال شار » ۱۲۶

۴-۱ ) مقدمه ۱۲۶

۴-۲ ) انعکاسات ۱۲۶

روش ۱ )  فاکتورهای ناحیه ۱۳۲

روش ۲ ) تخمین سری نیروهای وابسته ۱۳۲

(b) محاسبات نقطه به نقطه ۱۳۵

جدول ۴-۴ محاسبات طبقه بندی شده کسر منطقه ای برای نوزیع کسینوسی مناطق ۱۰درجه ای ۱۵۶

۴-۵-۴( محاسبه روشنایی شکل افقی و استوانه ای به روش چندبرابرکننده منطقه ای ۱۵۹

۴-۶) انتقال شار به یک سطح عمودی ۱۶۲

۴-۷-۳) معنای جایگزین برای تابع شارعبوری ۱۶۷

۴-۸ )حفره ها ۱۶۸

فصل (( ۵ ))      « انعکاس داخلی نور » ۱۶۹

۵-۱ ) مقدمه ۱۶۹

۵-۲) رادیوسیتی ۱۷۰

۵-۴)  نو رگیر ها ۱۷۶

۵-۴-۱) نو رگیر های مات (نیمه شفاف) ۱۷۸

۵-۴- ۲  ) نتایج عملی ۱۷۸

شاخص فضا (RI) 178

5-4-3 ) دسته  بندی اتاقها ۱۷۹

شکل ۵-۶ (C) دو اتاق با حذف دیوار میانی ۱۸۱

۵-۵) انعکاسهای داخلی در اتاقها ۱۸۱

شکل ۵-۷ تقسیم اتاق به سه سطح به منظور محاسبات انعکاس داخلی. ۱۸۲

۵-۵-۱ ) تونل ها ۱۸۵

۵-۵-۲ )  تغییر ضریب انعکاسی ۱۸۷

۵-۵-۳ )  حفره ها ۱۸۷

۵-۵-۴ )  روش حفره برای ضرایب بهره برداری ۱۸۹

۱) دترمینان : ۱۹۱

۲) همسازه ۱ و ۲ ۱۹۱

۳ (همسازه۳و۲ ۱۹۱

۵-۵-۵) اجزاء منعکس شده روشنایی اسکالر و استوانه‌ای ۱۹۲

جدول۵-۲   تطبیق چند برابر کنندهای ناحیه ای محاسبه شده از جدول ۴-۶ به یک مقدار شاخص اتاق جدید از ۱٫۰( بطور مثال) ۱۹۵

فصل ((۶))      «طراحی نور پردازی» ۱۹۷

۶-۱ ) مقدمه ۱۹۷

۶-۲ ) روش‌های طراحی نورپردازی ۱۹۷

۶-۳ )  منبع نور ۱۹۸

۶-۴ ) اصول کلی ۲۰۰

۶-۴-۱ ) قابلیت دسترسی شار نوری ۲۰۰

۶-۴-۲ )  روشنایی منبع نور و لامپ ۲۰۰

۶-۴-۳ ) بزرگ نمایی منبع ۲۰۰

۶-۴-۴ )  محاسبه مسیرهای طی شده توسط شعاع های نور در یک سیستم نوری ۲۰۱

۶-۵ ) سیستم‌های منعکس کننده ۲۰۱

۶-۵-۱ ) تراکم نوری تصویر ۲۰۳

شکل۶-۶   روشنایی تصویر ۲۰۴

۶–۵–۲ ) توزیع شدت نور از یک آینة مسطح ۲۰۴

۶-۵-۳ ) آینه های مسطح که نسبت به هم زاویه دارند ۲۰۵

بزرگنمایی پرتو در سطح مورب (شیبدار) از حالت عادی ۲۳۴

۶-۸-۲ ) چگونگی عملکرد منشور ۲۳۵

منشورهای انکساری ۲۳۵

حداکثر انحراف ۲۳۶

منشورهای انعکاسی ۲۳۶

۶-۸-۳ )  عبور پرتوها از سطوحی غیر از سطح اصلی منشور ۲۳۹

۶-۸-۴ ) کنترل در سطح محوری به وسیله منشور خطی ۲۴۰

۶-۸-۵ ) کنترل سطح مورب بوسیله منشورهای خطی ۲۴۲

۶-۸-۶ )  طراحی بانکهای منشور خطی ۲۴۴

(۱)  انتخاب لامپ و حالت آن ۲۴۴

(۲)  عرض چراغ ۲۴۴

(۳)  حالت منشورها ۲۴۴

(۴)  محاسبه زوایای منشور برای رویه‌های فعال ۲۴۵

(۹)   زاویه رویه‌های غیرفعال ۲۴۷

(۱۰)  شدت روشنایی بانک منشور در جهت اشعه ۲۴۸

(۷)  نورهای به سمت بالا ۲۴۹

(۸)  افزایش شدت روشنایی اشعه ۲۴۹

۶-۸-۷ ) لنزها ۲۴۹

۶-۸-۸ ) تابش نور از لنزها ۲۵۰

(۱) تصویر منبع کوچکتر از لنز باشد ۲۵۰

(۲)  تصویر منبع بزرگتر یا مساوی لنز باشد ۲۵۱

۶-۸-۹ )   عدم انطباق کانونی کروی (انحراف کروی) ۲۵۲

۶-۸-۱۰ ) لنزهایی با سطوح سهمی شکل ۲۵۲

۶-۸-۱۱ ) لنزهای پله‌ای ۲۵۲

۶-۸-۱۲ ) هدایت نور با اسنفاده از پدیده شکست ۲۵۶

فصل (( ۷ )) « روشنایی تونل » ۲۶۱

۱۱-۱ ) مقدمه ۲۶۱

۱۱-۲) بحث جانبی اثر حفرة سیاه و سطح تطابق ۲۶۱

۱۱-۳) نواحی تونل ۲۶۲

۱۱-۴ )  انواع روشنایی ۲۶۲

۱۱-۵) طبقه بندی تونل‏ها ۲۶۳

۱۱-۶ )  روشنایی ورود به ناحیة آستانه تونل ۲۶۳

۱۱ -۷) روشنایی در ناحیة آستانه ۲۶۴

۱۱-۸ ) روشنایی ناحیه داخلی ۲۶۵

۱۱-۹ ) روشنایی ناحیه واسط ۲۶۶

۱۱-۱۰ )  روشنایی در ناحیة خروجی ۲۶۶

۱۱-۱۱ ) سایر نیازمندی‏ ۲۶۷

۱۱-۱۲ ) کاهش روشنایی ناحیه دسترس به وسیله پرده‏ها ۲۶۷

۱۱-۱۳)  تغییرات سطوح روشنایی با سطوح روشنایی روز ۲۶۷

۱۱-۱۴)  تونل‏های کوتاه ۲۶۸

منابع : ۲۶۸

پیشگفتار

کاربرد جهانی کامپیوترهای شخصی در مهندسی روشنائی بصورت یک مصرف روزانه در دهه گذشته روز به روز افزایش یافته است. استفاده از کامپیوترها دیگر بعنوان پرستیژ شغلی نیست , بلکه استفاده گسترده ای از آنها در آزمایشگاهها و دفاتر مهندسی میشود . این بدین معنی است که امروزه هر شخصی که به کامپیوتر و نرم افزارهای مهندسی روشنائی دسترسی داشته باشد میتواند به راحتی محاسبات مربوطه را انجام دهد . در نظر نگرفتن اصول مورد استفاده در محاسبات طراحی در برنامه های کامپیوتری می تواند خطرناک باشد.

در این کتاب یک زمینه در رابطه با تکنیکهای طراحی مورد استفاده در مهندسی روشنائی را در اختیار خواننده قرار میدهد وخواننده را با موارد استفاده واقعی آنها آشنا می سازد. در ادامه جزئیات اندازه گیریهای فوتومتریک بعنوان یک اطلاعات خروجی در زمینه طراحی و محاسبات مهندسی روشنائی برای چک کردن آن در اختیار خواننده قرار داده میشود . ما امیدواریم که مطالب گفته شده در این کتاب مورد استفاده کسانی که میخواهند شخصاً اقدام به نوشتن برنامه کامپیوتر خویش کنند قرار گیرد . که کاری بس ارزشمند است .

اطلاعات داده شده در این کتاب با این فرض میباشد که خواننده دارای یک اطلاعات مقدماتی از مهندسی روشنائی است .

قسمتهایی از مباحث این کتاب که به روز شده از مطالب کتابی است که در سال ۱۹۶۸ با عنوان Lighting Fittings – Performance and Designe (Pergamon Press)  منتشر کردیم . کتاب یاد شده مجموعه ای از اطلاعات و تجربیات همکاران ما در زمینه مهندسی روشنائی است . کتاب حاضر آمیخته ای از این مطالب و روشهای نوین محاسباتی است که با کمک ناشرهای ما آقای Eliane Wigzell و Kirsty Stroud به چاپ رسیده است . ما امیدواریم توانسته باشیم به اهداف مورد نظر خود دست یافته باشیم . از تمام کسانیکه مارا کمک کردند متشکریم .

     در اینجا جا دارد که از آقای Jacques Lecocq از شرکت Thorn Europhane  و آقای Simons بخاطر کارشان بر روی این موضوع و کمک به گردآوری و ویرایش محاسبات و آقای Kit Cuttle و آقای Kevin Mansfield بخاطر بازخوانی مطالب فوق و پیشنهادات سازنده شان و پرفسور Peter Tregenza و دکتر Paul Littlefair که راهنمائیهای ارزنده ای در بحث روشنائی روز به من نمودند و همچنین از R.Lamb از NPL و آقای J.A.Lynes که ما رادر بخش کتاب کمک نمودند تشکر میکنیم .

     دکتر Bean از همسرش بخاطر صبر و تحمل در انجام گردآوری و تدوین مطالب کتاب تشکر مینماید . هر دو نویسنده از همسرانشان بخاطر فراهم نمودن محیطی با آرامش در طی مدت نوشتن این کتاب قدردانی مینمایند .

A.R.Bean

R.H.Simons

13 December 1999

فصل (( ۱ ))  « میدان روشنایی یک چراغ »

۱-۱ ) سیستم مختصات

     تمام منابع نوری میتوانند به عنوان تولید کننده میدان روشنایی به صورت گسترده از منبع در تمام یا بعضی جهات در نظر گرفته شوند. ( یعنی ناحیه ای از فضا که به وسیله ی گستره ی مرئی از تشعشع الکترومغناطیسی پر شود .)  بطورکلی ،  این مشخصه  میدان  در فضا تا زمانیکه به وسیله ی یک واسط به غیر از هوا مانند دیوار قطع یا تغییر یابد ،وجود دارد.

     اگر بخواهیم توزیع میدان روشنایی را در بعضی جهات را مورد مطالعه و ثبت قرار دهیم چند کار بایستی انجام گیرد . اول این که بایستی وسیله ای برای بیان موقعیت هر نقطه در فضا نسبت به منبع نور در نظر گرفته شود . دوم اینکه  سیستم کمیتها و واحدها باید طوری در نظر گرفته شود که بتوان محاسبات روشنایی  بصورت قابل قبولی انجام گیرد .

     بخش اول مربوط به نخستین موضوع مورد نیاز یعنی بیان موقعیت هر نقطه در فضا است ، می باشد. مثلا اندازه گیری نسبت به موقعیت چراغ یا لامپ انجام می گیرد .

     وقتی که یک سیستم مرجع به کار رود  آنگاه به جا است که منبع نور در مقایسه با ابزار اندازه گیری به اندازه کافی کوچک در نظر گرفته شود به طوری بتوان آنرا به شکل یک نقطه درمبدا یک  سیستم مرجع در نظر گرفت  .این قسمت ، قسمت ریاضیاتی است و آنالیزهای ساده را شامل می شود  .

     منابع نوری به هر اندازه ای می توانند باشندو روش اتخاذ شده باید قادر به در نظر گرفتن آن باشد . روش معمول این است که اطمینان پیدا کنیم  مسیر نور از منبع نور به سمت آشکارسازبه اندازة کافی طویل باشد تا میدان نوری در آن ناحیه از فضای تئوری یک منبع نقطه ای نور با خروجی و شکل یکسان شکل بگیرد.

     تخمین زده شده است که برای بسیاری از منابع نوری اگر فاصله تا آشکارساز ۵ برابر اندازه منبع نور باشد این وضعیت با دقت حدود یک درصد انجام می شود .

     این بدین معنی است که میزان فاصله برای منابع بزرگ نور باید در حدود ۱۲ متر باشد . برای چراغ ها و نورافکن ها با سیستم های نوری این فاصله ممکن است تا ۳۰ متر( یا بیشتر) افزایش یابد . دلیل آن نیز این است که محیط پخش نور بیشتر بستگی به تابش اجزاء نوری دارد تا اندازه نورافکن(بخش ۱۵ را ببینید).

     قبل از اینکه ما به سیستمهای مرجع خاص قابل  قبول در این روش برگردیم یک توضیح قابل توجه  در مورد چگونگی اندازه گیری در فاصله ای مانند ۱۲ متر وجود دارد که میتواند در محاسبه نحوه عملکرد چراغ در کارگاههای داخلی که فاصله ها  ممکن است ۲ یا ۳  متر باشد استفاده شود.

     فرض بر این است که یک منبع بزرگ نوری مثلا چراغ می تواند به صورت تعدادی چراغ کوچک در نظر گرفته شود که هر کدام قسمت معینی از خروجی کل را ساطع میکند و خصوصیات پخش در فاصله نور سنجی درست (طولانی) را برای کل چراغ دارد.(شکل ۱-۱)

     در عصر کامپیوتری حاضر محاسبات متعدد ، دشواری کمتری  دارند.

شکل ۱-۱ برای انجام اهداف محاسباتی چراغ به صورت چند چراغ کوچک در نظر گرفته میشود.(در این شکل ۲۴ عدد)

۱-۲ )  سیستمهای مختصات کاربردی

     هنگامیکه فرض را بتوان بر این گذاشت که منطقه پخش نور یک نقطه است آنگاه آن نقطه میتواند در واقع  مرکز کره فرض شود که اندازه آن بستگی به فاصله اندازه گیری شده یعنی فاصله ی بین آشکارساز و مرجع نقطه ای چراغ دارد.

     اندازه گیری های انجام شده در جهت های مختلف می تواند با اعمال یک سیستم زاویه ای مناسب بر روی یک کره مشخص شوند . (شکل ۱-۲ را ببینید)

     سه نمونه از این سیستمهای مرجع زاویه ای در شکل ۱-۳ (  a ,b, c, d ,e, f )  نشان داده شده است. تمام این سیستمها دارای طول و عرض یکسان در مختصات کروی هستند ولی در جهت محور قطبی با هم فرق دارند.

     شکل ۱-۳( a ) سیستمی مشابه با آنچه بر روی نقشه های زمینی استفاده می شود را نشان میدهد.

     شکل ۱-۳( b ) همان سیستم بالا است که ۹۰ درجه اختلاف دارد.

     شکل ۱-۳ ( c ) شکل  ۱-۳(b)  است که ۹۰درجه چرخیده است به طوری که  در آن تمام شکل۱-۳ (b) دیده می شود .

     در نتیجه سیستمهایی که بر روی این سه روش آرایش مختصات زاویه ای پایه گذاری شده اند به وسیله CIE (CIE 121-1996) توضیح  داده شده اند و رقمها و نمادها مورد قبول هستند. لذا هنگامیکه از نمادها صحبت می شود سیستم مربوط به آن معلوم می گردد.

     سیستمی که در شکل ۱-۳a نشان داده شده است سیستم  C و  را تعیین می کند.

     سیستمی که در شکل ۱-۳b نشان داده شده است سیستم  A و  و شکل ۱-۳c نیز سیستم  B و  را تعیین می کند.

شکل ۱-۲  یک کره  با سیستم های مختصات زاویه ای ممکن

     از آنجائیکه هر کدام از این سیستمها به یک نقطه فضایی  درکره مربوط هستند برای انجام اندازه گیری از نور سنجی که یک سیستم را دنبال می کند استفاده  می شود که می تواند بوسیله تبدیلات مناسب زاویه به هر کدام از سیستمهای دیگر مربوط شود و خصوصیات آن سیستم را بیان کند.( به عنوان مثال یک برنامه کامپیوتری که اطلاعات را از نور سنج دریافت می کند، بایستی اطمینان دهد که اطلاعات پرینت شده به شکلی است که مورد درخواست کاربر است ، اگر چه این اطلاعات می توانند امکان عدم دقت در فرآیند درون یابی را نیز به ما نشان دهد)

     ابتدا حروف انتخاب شده به سطح اندازه گیری شده نسبت داده می شود . برای مثال سطوح A, B, C،  حروف لاتین   ,    و   به زاویه اندازه گیری در سطح تعیین شده اشاره میکند.

     بعضی اوقات بهتر است برای کمک به فهم بهتر سطوح را به شکل صفحات کتاب تصور کنیم که اطلاعات CIE به کار رفته به آن نزدیک هستند .شکل ۱-۳ ( d),(e) ,( f) روش گفته شده را نشان میدهند. استفاده از این سه سیستم مختصات به وسیله قراردادهای بیان شده زیر محدود می شوند.

 ۱) سیستم سطوح C در فضا به صورت  دقیقاً جهت دار در نظر گرفته می شود و بستگی به انحراف چراغ ندارد.

۲ ) سیستم سطوح   A وB  به صورت دقیقاً زوج در چراغ در نظر گرفته می شود  و در نتیجه می تواند هر نوع انحناء را در چراغ دنبال کند.

شکل ۱-۳a – سیستم مختصات شبیه به مدل استفاده شده در گوی های کروی .  b – سیستم مختصات ۹۰ درجه چرخیده است. ( به مبدا متفاوت برای اندازه گیری عرضی توجه شود .)  c – سیستم مختصات ۹۰ درجه بیشتر چرخیده است تا نوک تصویر را نشان دهد .  -d مانند شکل  a است اما به روش صفحات کتاب نمایش داده شده است .  e –  مانند  b است و به روش صفحات کتاب نشان داده شده . f – مانند  c است و به روش صفحات کتاب نشان داده شده است.

۱-۳ )  تبدیل سیستمهای مختصات

     در بخش قبل توضیح داده شد که سه سیستم مختصاتی که تا کنون بیان شده اند ، حتماً به هم وابسته می باشند ؛ بنابراین تبدیل از یک سیستم به سیستم دیگر ممکن و آسان است . در این بخش جزئیات تبدیل سیستم ها به یکدیگر با استفاده از فرمول های لازم ارایه می شود .