Principi di illuminazione e tipi di apparecchi di illuminazione

Principi fisici dell’illuminazione degli illuminatori

Riflessione della luce: Il fenomeno per cui la luce cambia la sua direzione di propagazione all’interfaccia e ritorna alla sostanza originale quando si propaga a sostanze diverse. Nella riflessione, l’angolo di riflessione della luce è uguale all’angolo di incidenza. Nel vuoto la luce viaggia in linea retta.

Rifrazione della luce: Quando la luce emette obliquamente da un mezzo a un altro, la direzione di propagazione cambia, per cui la luce viene deviata alla giunzione di mezzi diversi. La luce ha il massimo angolo di deflessione nel vuoto.

Trasmissione della luce: Quando la luce è incidente sulla superficie di un materiale trasparente o traslucido, una parte di essa viene riflessa, una parte viene assorbita e una parte può trasmettersi nel materiale. L’oggetto trasmesso è trasparente o traslucido, come il vetro e il filtro ottico, ecc. La trasmissività è influenzata dal materiale e dallo spessore degli oggetti. Più lunga è la lunghezza d’onda della luce, più forte è la trasmissività dei materiali.

Tipi e confronto di illuminatori

Con lo sviluppo della tecnologia, esistono sempre più tipi di illuminatori, ma quelli più comuni nella nostra vita quotidiana sono: la luce naturale, la lampada a filamento di tungsteno, l’eliolampada, la lampada fluorescente a risparmio energetico e la lampada a LED. Tra queste, le lampade a filamento di tungsteno comprendono le tradizionali lampade a incandescenza e le lampade alogene. Di seguito, verranno presentati tutti i tipi di illuminatori dal punto di vista dello spettro (componenti della luce), dell’uniformità, della stabilità, dell’indice di resa cromatica, della temperatura del colore, dell’efficienza energetica, ecc.

Luce naturale

La luce naturale proviene dall’irradiazione solare ed entra nel campo visivo attraverso la riflessione e la diffusione dell’ambiente. La luce naturale è termoluminescente e il suo spettro (componenti della luce) è continuo. La temperatura di colore e l’illuminazione cambiano drasticamente con il tempo, le condizioni atmosferiche e l’ambiente. Per la vita quotidiana, la luce naturale è di gran lunga la migliore.

Vantaggi: È l’energia luminosa più ecologica. Lo spettro è continuo e l’indice di resa cromatica è il più alto. I raggi di luce sono uniformi e l’area di irradiazione è molto ampia. In circostanze normali, non si generano ombre con grande contrasto.
Svantaggi: Il campo di variazione dell’illuminazione della luce è estremamente ampio (da diverse a decine di migliaia di lux) ed è estremamente instabile, variando notevolmente con l’angolo di illuminazione e i fattori atmosferici. La luce naturale troppo chiara/troppo scura non favorisce la lettura e la scrittura. Inoltre, i raggi ultravioletti della luce naturale sono forti ma facili da filtrare.

Lampade a incandescenza

La lampada a incandescenza è la più tradizionale lampada al tungsteno con una lunga storia. Il suo principio di illuminazione è il seguente: il filo di tungsteno si riscalda dopo essere stato elettrificato e poi emette luce, quindi la lampada a incandescenza è anche termoluminescente, lo spettro è continuo e la temperatura di colore è sostanzialmente costante, a circa 2700K.

Vantaggi: lo spettro è continuo, più vicino alla luce naturale; elevato indice di resa cromatica.
Svantaggi: L’efficienza energetica è la più bassa: l’efficienza energetica delle lampade a incandescenza è solo 1/5 di quella delle lampade a risparmio energetico e circa 1/8 delle lampade a LED. L’effetto termico è evidente, quindi la progettazione del paralume deve prestare particolare attenzione alla dissipazione del calore. Inoltre, le lampade a incandescenza hanno un filo di tungsteno sottile, un vetro fragile e una breve durata di vita. Le lampade a incandescenza hanno un certo effetto stroboscopico [3]. Tuttavia, dato che il suo spettro è continuo, il suo effetto stroboflash non è molto forte, ma è del tutto accettabile (viene utilizzato in tutto il mondo da più di 100 anni).

Lampade alogene

La lampada alogena, in sostanza, è una lampada a filamento di tungsteno e rappresenta un miglioramento della tradizionale lampada a incandescenza (nella lampada è presente un elemento alogeno che forma la circolazione interna dell’atomo di tungsteno). La durata di vita è ovviamente maggiore rispetto alla lampada a incandescenza, l’efficienza energetica è circa raddoppiata e le dimensioni sono più ridotte. Le lampade alogene sono anche termoluminescenti, con spettro continuo e temperatura di colore di circa 2700K.

Vantaggi: Lo spettro è uguale a quello delle lampade a incandescenza, continuo e più vicino alla luce naturale; l’indice di resa cromatica è elevato. Le lampade alogene hanno meno lampi di luce rispetto alle lampade a incandescenza e sono assolutamente accettabili.

Svantaggi: L’efficienza energetica è superiore a quella delle lampade a incandescenza, ma è ancora solo 2/5 di quella delle lampade a risparmio energetico e circa 1/4 di quella delle lampade a LED. L’effetto termico è evidente, quindi la progettazione del paralume deve prestare attenzione anche alla dissipazione del calore. Le lampade a filamento di tungsteno hanno un punto luminoso ridotto e il paralume dovrebbe utilizzare una piastra di diffusione della luce, per rendere uniforme la luce nell’area di irradiazione.

Eliolampade

Le eliolampade tradizionali sono tubi fluorescenti sottili e vengono avviate da un reattore induttivo e da uno starter. La temperatura di colore è generalmente di circa 6500K, che appartiene al bianco freddo.

Vantaggi: L’efficienza energetica è relativamente elevata. Il punto luminoso è ampio. Non è facile produrre ombre con un forte contrasto.

Svantaggi: Lo spettro è discontinuo, l’indice di resa cromatica non è elevato, la luce emessa ha uno sfarfallio di 100 Hz (cioè stroboflash) e la profondità di fluttuazione è piuttosto elevata, fino a circa il 55% [3]. Può essere rilevata dagli occhi umani e indurre facilmente affaticamento visivo, non favorendo la lettura/scrittura a distanza ravvicinata. Di solito viene utilizzato per l’illuminazione pubblica.

Lampade fluorescenti a risparmio energetico (lampade a risparmio energetico)
Le lampade fluorescenti a risparmio energetico sono un miglioramento delle tradizionali lampade a eliolampada e possono essere a forma di U, di tubo sottile o di tubo rotondo. Le moderne lampade a risparmio energetico adottano generalmente tubi fluorescenti tricolore e i loro circuiti di pilotaggio sono generalmente costituiti da reattori elettronici. La temperatura di colore è generalmente di 2700K (bianco caldo), 4500K (bianco puro) e 6500K (bianco freddo).

Vantaggi: Alta efficienza energetica. I raggi sono relativamente stabili (stroboflash molto ridotto); elevato indice di resa cromatica e grande punto luminoso, scelta ideale per l’illuminazione di interni.

Svantaggi: Spettro tricolore, poco continuo; il circuito di pilotaggio può generare segnali di interferenza elettromagnetica (30-50kHz) [3].

Luce LED

Le lampade a LED sono nate solo nel 2010 circa. L’efficienza energetica è molto elevata e l’effetto termico è piuttosto ridotto. Grazie alle sue dimensioni ridotte, può essere realizzata in varie forme. Il suo circuito di pilotaggio adotta generalmente un reattore elettronico in corrente continua. La sua temperatura di colore è flessibile, ma generalmente si divide in tre tipi: 2700K (bianco caldo, che simula la temperatura di colore delle lampade a incandescenza/alogene), 4500K (bianco puro) e 6500K (bianco freddo).

Vantaggi: basso costo, alta efficienza energetica, raggi luminosi stabili e dimensioni ridotte; le lampade possono essere rese molto alla moda (un buon punto di vendita).
Svantaggi: Lo spettro è discontinuo e ristretto, con una forte componente di luce blu. Le lampade a LED presentano un decadimento della luce (la luminosità diminuisce con il tempo). Il punto luminoso è piccolo. Il paralume dovrebbe utilizzare una piastra di diffusione della luce, per rendere uniforme la luce nell’area di irradiazione. Con il continuo sviluppo della tecnologia delle lampade a LED, in futuro potrebbe diventare la fonte di luce principale per l’illuminazione insieme agli OLED.

Note speciali: Le lampade a LED devono evitare il problema dello stroboflash, poiché lo spettro è discontinuo e ristretto. Le lampade a LED con stroboflash, indipendentemente dalla marca e dal prezzo, devono essere gettate via con decisione. Inoltre, le lampade a LED per bambini devono superare la certificazione di sicurezza per la luce blu.

Metodi di illuminazione degli illuminatori

1. Illuminazione diretta: La luce viene proiettata direttamente sull’oggetto per ottenere un’impressione chiara.
   Un illuminatore può essere proiettato direttamente su un oggetto per ottenere un’immagine chiara. Questo tipo di illuminatore è utile quando sono necessarie immagini di oggetti ad alto contrasto. Tuttavia, quando viene utilizzato per illuminare materiali luminosi o riflessi, tende a provocare una riflessione a specchio.

L’illuminazione generale sceglie generalmente l’illuminazione anulare o puntiforme. L’illuminazione anulare è un metodo di illuminazione generale comunemente utilizzato, che può essere facilmente installato nell’obiettivo e fornire un’illuminazione adeguata per la superficie riflessa in modo diffuso.

2. Illuminazione in campo scuro: L’illuminazione in campo scuro consiste nel fornire all’esterno di un oggetto un’illuminazione a basso angolo.
3. Illuminazione in controluce: Luce emessa dal retro dell’oggetto in un campo visivo uniforme. Il profilo laterale dell’oggetto può essere visto tramite una telecamera.
   L’illuminazione in controluce viene spesso utilizzata per misurare le dimensioni dell’oggetto e determinarne la direzione. Quando si utilizza l’illuminazione in controluce, le caratteristiche esterne degli oggetti possono andare perse. Ad esempio, possiamo misurare il diametro di una moneta con la tecnica del controluce, ma non possiamo distinguere il dritto e il rovescio di una moneta.
4. Illuminazione diffusa: L’applicazione di un’illuminazione diffusa continua alla superficie di un oggetto, che magari presenta angoli complessi.
   L’illuminazione diffusa continua utilizza un’illuminazione uniforme emisferica per ridurre le ombre e i riflessi dello specchio. Questo metodo di illuminazione è molto utile per l’illuminazione di circuiti stampati completamente assemblati e l’illuminatore può ottenere un’illuminazione uniforme con un angolo stereoscopico di 170°。
5. Illuminazione coassiale: La luce coassiale è prodotta dalla variazione e dalla convergenza della luce emessa da una parete verticale. Viene proiettata su uno spettroscopio che fa scendere la luce e la telecamera guarda dall’alto l’oggetto attraverso lo spettroscopio. Questo tipo di illuminatore è particolarmente utile per rilevare oggetti con un’elevata riflessione ed è anche adatto per rilevare oggetti la cui area è poco visibile, influenzata dalla presenza di ombre nell’ambiente circostante.

Domande frequenti