照明篇
作为视觉系统中必不可少的LED照明,其在开发过程中经历了各种形状及方法。
通🍸过发光原理理解其特点,可实现更加稳定的检测,因此,下面介绍照明从诞生到现状的发展历程。
光的历史(照明)
从耀眼的阳光到朦胧的月光,很久很久以前自然光是生存唯一能够使用的照明方式。 随着时间的推移,人造照明技术开始出现,这些技术(篝火、火把、灯塔和烛ꩲ光)照亮了漆黑的夜晚,带给人们更多的生活时间。
随后,许多不同的照明方式如雨后春笋般不断涌现出来。 方便的油灯为人们提供了明亮的光线,取代了以篝火和火把为主要光源的照明方式。 紧ไ接着问世的是煤气灯和电灯,这两种照明方式在工业革命期间得以实际使用。 由于这两项技术是同时出现的,因而在煤气灯与电灯之间曾经发生过一场争夺市场主导地位的战争。
从弧光灯到白炽灯
炭棒弧光灯是电灯的一种早期类型,它那“亮如白昼”ꦍ般的光线曾深深折服了人们。 随后🏅,托马斯爱迪生发明了白炽灯(发出黄光的碳丝灯泡),之后又发明了更小更亮的钨丝灯泡(发出白光)。 接下来,爱迪生采用日本竹子作为碳灯灯丝材料,并将熔点较高的金属作为钨灯的灯丝。
紧接着,两位日本人对钨丝灯泡进行了改进,他们是 Junichi Miu🥃ra 与 Kitsuzi Fuwa。 Miura 发明了一种将灯丝以螺旋状进行布置的线圈式结构。 Fuwa 成功地以磨砂方式处理了玻璃灯泡,使灯光发散并且变得柔和(内磨砂)。 这两种改进使灯泡的照明效率和质量都得到了很大提高,进🅘一步加快了人们对电灯不断上升的需求。
第一个实用的灯泡,由燃烧(碳化)材料(如竹片与棉线)制成的碳丝。
一种名为“钨”的金属用作灯丝材料,产生了相当高的温度,也带来了更高的亮度。
双线圈灯丝提高了灯的亮度、延长了灯泡的寿命。
玻璃灯泡的内表面在经过磨砂处理后使耀眼的光线变得柔和
冷光时代(荧光)
白炽灯在照明市场上的统治地位被荧光灯取代了。 自从美国工程师 George E. Inman 在 1938 年发明了荧光灯以来,人们对它的认可程度逐渐提高。 将两个电极在汞蒸汽中因放电而产生的紫外光(不可见光)通过附着在玻璃管内表面的荧光物质转化为可见光,这便是当时荧光灯的工作原理。 虽说这之后,这一工艺中所用的元素从汞换成了发光效率更高的金属,但发光的基本原理没有改变。 “省电、能发明亮白光”的荧光灯在20 世纪 60 年代得到了广泛使用。 这要归功于荧光灯发热能耗较小,在相同输入的情况下,荧🃏光灯的输出是白炽灯的 3 到 5 倍。
油灯、煤气灯以及白炽灯利用🍨生成꧂热量(辐射热)来发光,而荧光灯则利用放电产生的冷光来照明。 冷光时代就这样开始了。
从“数量”到“质量”的转变
在荧光灯满足了照明市场上对于“数量”的需求之后,重点就开始转向了“质量”。 除了长条型与环💮形荧光灯外,还开发了诸如三波长荧光灯等其他类型。 这些类型的光源除了具有较高的发光效率以及高显色属性外,灯泡的外形也很紧凑,功耗也较ღ低。
在其他(非荧光)领域,人们也开始了对于高质量照明的追求。 HID(高强度放电)灯所发出的光要比荧光灯的亮度高出几十倍,因此广泛应用于室外照明,包括路灯、建筑照明以及运动场照明。 此外,在白炽灯领域,已开发出了高效、持久的卤素及氪灯泡。 白炽灯据说是最接🎃近阳光的人造光源。 白炽灯温暖的颜色可有效刺激食欲并能创造舒适的氛围。
LED 的出现
LED(发光二极管)是比白炽灯和荧光灯更加节能的下一代照明系统。 LED 由 P(正极)与 N(负极)两种类型的半导体组成,电流通过这两极时便会发光。 红绿双色 LED🌸 自 20 世纪 60 年代起就得以应用,而高亮度蓝色 LED 则是在 1993 年出现的。 1996 年꧂,白色 LED 的问世创造出了各种应用可能。
LED 主要分为壳型和贴片型两种。 壳型 LED 发出的光较为平直(从正前方看很明亮),而贴片型 LED 则是向水平方向散射光线。 前者通常用于交通信号灯,而后者主要用于手机 LCD 屏幕的背光照明。 除了这些类型外,还有一种在方向性和散射性方面有较好平衡的平面型 LED。 LED 具备低功耗、使用寿命长(约 40,000 小时)、CO2 排放低、发光元件小如෴米粒等多重优势。 这些优势使 LED 还适合于✤减小物品的尺寸及重量。
此外,由于其发出的紫外光和红外光较少,因此 LED 有利于环境保护。 由于 LED 具备较高的抗冲击性与耐久性,因此 H-2 转移飞行器๊(给空间站提供补给的太空船)还将其用于内部照明。
未来的照明类型:LED、电致发光与自然光
未来照明方式的研发将不仅仅局限于使用 LED,还会拓展到有机EL𝔍✅(电致发光)。EL 是一种可提供表面照明的薄片式光源,这与点光源式的 LED 不同。
由于ﷺ其具备重量轻、可弯曲的特性,因此它的应用已经扩展到电子纸和显示器等领域。未来,也可能会研制出发光墙和天花板。
此外,有效利用自然光(即𝄹照明光的始祖)的日光照明系统也取得了较大的进步。自然光被视为出色的清洁能源,能够创造舒适的照明空间。 此外,人们也越来越重视先进的“光子学技术”(如 LED、有机 EL 以及激光束)之间的协同应用。