LED室内照明配光解读

LED室内照明灯具的配光解读在各种照明场所中，灯具的重要性不言而喻。灯具本身的基本作用是提供与光源的电气连接，而在一般情况下，用户最关心的是这一盏灯是否能够照亮我们希望它照亮的地方，是否使我们感觉舒适；然而，对于职业的照明设计师而言，他除了要熟知各种灯体的选材、透镜及反光系统之外，还必须根据灯具的配光曲线了解灯具投射的光斑质量，计算灯具的效率及空间内任意点的照度值，以此还可以计算空间区域内的照度分布情况。因而，我们可以毫不夸张地说，灯具的配光曲线是灯具的生命线。在此，我们就一起来探讨一下，LED室内照明灯具的配光究竟是如何一回事。1.配光曲线的概念配光曲线的定义：配光曲线其实就是表示一个灯具或光源发射出的光在空间中的分布情况。它可以记录灯具的光通量、光源数量、功率、功率因数、灯具尺寸、灯具效率包括灯具制造商、型号的等信息。当然最关键的还是记录了灯具在各个方向上的光强。配光曲线的分类：配光曲线按照其对称性质通常可分为：轴向对称、对称和非对称配光。轴向对称：又被称为旋转对称，指各个方向上的配光曲线都是基本对称的，一般的筒灯、工矿灯都是这样的配光。对称：当灯具C0°和C180°剖面配光对称，同时C90°和C270°剖面配光对称时，这样的配光曲线称为对称配光非对称：就是指C0°-180°和C90°-270°任意一个剖面配光不对称的情况。配光曲线按照其光束角度通常可分为：窄配光(20°)中配光(20°40°)宽配光(40°)其实没有严格的定义各个厂家的对宽、中、窄的定义也略有不同。说了半天的定义和分类。下面我们来看点实在的东西——支架的配光曲线图：T=C0°-180°A=C90°-270°这里的第一张图就是我们最为常见的极坐标配光曲线图了，要想读懂它首先要知道T和A这2条曲线分别来自哪。在图形下面有注释：T=C0°-180°A=C90°-270°这个C表示的是水平面的角度(立体角是由水平角度和垂直角度2个角度组成)。0°-180°组成了一个剖面，T就是表示光在这个剖面上的分布情况。在支架中C0°-180°一般被定义为垂直与灯管方向的。同理A就是表示光在C90°-270°剖面上的分布情况。如下图：知道了T和A两条曲线表示的剖面后，我们继续看看这每条曲线是如何来的。极坐标图的原点(同心圆圆心处)为灯具发光面的中心;每个同心圆表示一个光强值，越靠外圈光强越大;图中的各个角度值就是这个剖面上的垂直角度了，向下方向被定义为0°如下图：注意一点：图中有个cd/1000lm的单位，这表示这是一个以千流明为标准的配光，1000lm下是50cd，2000lm就是100cd。这样做是为了方便在不同灯具间进行配光比较。在极坐标配光曲线下面一张图其实就是等照度曲线图，就是用曲线把照度相同的点连接起来，注意这里同样是千流明的等照度曲线图。大家可以上下对应看一下，找找配光曲线的感觉。一个配光曲线，这种表示方式一般多用在投光灯具。其中后一张是等照度曲线图。这张曲线图和前面不一样，其实他们只是表示方式不一样而已，基本元素都一样。首先是有两条曲线一条实线是C0°-180°，虚线则是C90°-270°。横向的角度值表示剖面上的垂直角度，0度为灯具发光面中心。纵向数值表示光强。同样注意左上角cd/1000lm。从虚线也就是C90°-270°这条线上可以看出此灯具是非对称配光的。如何看?对称不对称主要是只角度。配光曲线的角度一般是这样定义的：灯具的光束角度为峰值(最大值)光强的一半光强值所包含的角度。以上图为例虚线的峰值大概是在1100cd左右，一半峰值也就是550cd左右，在左边的角度应该是10多度，右边应该不到10度，从而可以判断此灯为非对称配光。这里说到的角度的定义方法是欧标使用的(也是目前国内常用的)，美标略有不同。它是定义为峰值(最大值)光强的1/10光强值所包含的角度为灯具光束角。等照度曲线图中也可以验证此灯的对称属性，明显光是向前的多向后的少。2.照明配光基本类型的定义室内照明的配光类型并无专门定义。在道路照明中，CIE和IES都是根据光强的前向分布和侧向分布的组合来定义类型。IES前向分布类型：根据灯具50%光强所勾画的光斑轨迹所在位置与灯具安装点的前后向距离来确定。I类：1.0MHII类：1.0-1.75MHIII类：1.75-2.75MHVI类：2.75MHIES侧向分布类型：根据灯具光束轴落点位置与灯具安装点的左右向距离来确定。极短：1.0MH短：1.0-2.25MH中：2.25-3.75MH长：3.75MHCIE前向分布类型：根据灯具90%光强所勾画的光斑轨迹所在位置与灯具安装点的前后向距离来确定。窄延展：1.0MH中延展：1.0-1.4MH宽延展：1.4MHCIE侧向分布类型：根据灯具光束轴落点位置与灯具安装点的左右向距离来确定。短投射：1.7MH中投射：1.7-2.7MH长投射：2.7MH3.配光曲线常见的两种表示方法方法一：极坐标表示法定义：这种方法通常用于描述室内和道路的灯具的光分布。它很形象地以极坐标的原点表示灯具的光中心，以一定方向的矢量表示光强的大小，以极坐标的角度表示光强矢量与光轴之间的夹角;特点：极坐标表示法的好处就是形象，直观方法二：直角坐标表示法定义：此方法通常用于描述泛光灯和配光非常窄的灯具和光源光的分布。用直角坐标的原点表示光中心，用横坐标表示方向角，用纵坐标表示光强。特定：直角坐标表示法的好处是便于查不同角度的光强数值4.典型LED配光曲线图文解析：四种典型的LED配光曲线第一种：长方形LED主要用作电器或仪表上的指示灯,发光强度很低。图2是一支绿色LED的相互间隔为45°因而共8个剖面上的配光曲线。虽然它们的形状相异甚大,但是法向发光强度均相等,为216mcd,因为从图中可以看出,仅在靠近法线方向附近的配光曲线的形状是相同的。试想如果没有如图所示的8条配光曲线,单凭法向发光强度值,就会误认为它是很好的管子。第二种：椭圆形LED这是近期才出现的产品,主要用于显示屏。因为显示屏的视角要求左右要大,而上下较小,以便适合人们的视觉特点。所以椭圆形LED的长轴视场角大,短轴视场角小,见图3(a)和(b)所示。在显示屏上的安装位置是管子的长轴沿水平方向,短轴则是垂直方向。第三种：交通灯专用LED道路交通信号灯虽然颜色分为红、绿、黄3种,但它们的配光曲线形状却都如图4所示。与其它LED不同,它的配光曲线呈现一边倒,具有严重的不对称性。这是有道理的,因为交通灯的观看对象无论是机动车司机、骑自行车者或路人,眼睛都远低于交通灯,如果采用一般的单色LED,则照射到天空上的光毫无用处,在电能上造成很大浪费。第四种：单色光LED相当比例的单色光LED的配光曲线如图5所示,即发光强度的分布呈现周围大中间小。如果用一张白纸映照,会呈现出周围是亮圈而中间是暗斑的图象。其初略解释见图6所示:一方面,由于LED的外形相当于存在一个透镜,但却不是一个理想的透镜。另一方面,虽然普通LED的蕊片截面积仅为011～0125mm2,但相对透镜而言蕊片发光的视场角仍显大,所以蕊片不能视作点光源。不同视场发出的光会聚在A点附近的一个圈上再扩散出去,从而造成在远场附近的光斑出现外亮内暗的现象5.光度学的基本概念光度学的基本知识（1）平面角和立体角定义：平面角的单位叫弧度，1弧度是半径为1米的园上，1米长的圆弧对圆心所张的角。立体角的单位叫球面度(sr)，1球面度是半径为1米的球面上，1平方米的球面对球心所张的立体角。（2）光通量定义：光通量是光源在单位时间内发出的光量，也即为辐射通量(或辐射功率)能够被人眼视觉系统所感受的那部分有效当量。小解：一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。光通量符号Φ，单位lm;常见电光源的发光效率，是指1W的电功率能转化成多少光通量。常见光源的大致效率(流明/瓦)白炽灯——15；日光灯——50；钠灯——120（3）发光强度定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)。Ι=dΦ/dΩ单位：cd1cd=1lm/1sr实际光源或灯具各方向的发光强度不同。为了描述其发光的空间分布特性，需要用发光强度分布曲线(又叫配光曲线)来表示。它是照明计算和设计的一个重要依据。常见光源发光强度(cd)：太阳——2.8E27；高亮手电——10000（4）照度定义：表面上一点的照度是入射在包含该点面元上的光通量dφ除以该面元面积dS之商。单位(lx)单位为勒克斯(lx)，1lx=1lm/m2常见照度(勒克司)：阳光直射(正午)下，110,000阴天室外，1000商场内，500普通房间灯光下，100满月照射下，0.2烛光(20cm远处)，10～15LUX。距60W台灯60cm桌面，300LUX;黄昏室内，10LUX;夜间路灯，0.1LUX;（5）亮度亮度(L，Luminance)，单位尼特，即nit，或cd/m2。定义：光源体在某一方向上,每单位投影面积上所发出的光强。常见发光体的亮度(尼特)：太阳表面，2,000,000,000白炽灯灯丝，10,000,000阳光下的白纸，30,000眼能习惯的亮度，3,000满月表面，2,500人眼能比较好的分辨出颜色的亮度，1满月下的白纸，0.07无月夜空，0.0001常用光度学单位及其相互关系o光通量Φ(lm)o光强I(cd)o照度E(lx)6.常用的光度测量定律（1）照度的平方反比定律定义：垂直于光线传播方向的照度与光源在该方向的光强成正比，与光源到表面的距离的平方成反比。注意：只有点光源才符合距离平方反比定律。(测试距离不应少于灯具出光口面最大尺寸的10倍。)（2）照度的余弦定律：（3）余弦立方定律式中：I—点光源射向该点的光强;h—光源离该平面的高度;θ—平面法线与入射光线的夹角;—OA长度。7.灯具光度学坐标体系（1）球体表示的等光强曲线1、光源放于球体中心2、光源的尺寸与球体的半径相比能满足点光源的条件3、球体上的坐标可用来表示此方向的光线4、球面上光强相等的点连接起来，即得如图的灯光强曲线（2）空间坐标系统为了表达灯具的光度特性，建立了空间坐标系统空间坐标系统分成二类：灯具光度参考轴向下A-α、B-β、C-γ灯具光度参考轴水平X-Y、V-HA-α、B-β、C-γ系统A-α、B-β、C-γ坐标体系的特点：适用于各种室内照明灯具和道路照明灯具灯具的光轴垂直向下：A、B、C表示经度的变化α、β、γ表示纬度的变化三、A-α、B-β、C-γ系统之间的转换四、空间坐标系统——X-Y、V-H系统X-Y、V-H坐标系统的特点：1、用于投光灯具、信号灯具、部分电影舞台灯具2、灯具光轴水平放置3、X、V表示经度的变化;Y、H表示纬度的变化8.LED配光特点•体积——LED单体体积小，要实现精确配光的部件可能很大，但整灯的面积也可能很大，面积在室内照明往往很重要。•距离——LED整灯配光不等于LED模组配光；反之亦然，距离可能改变整灯的配光。•配光反射——正反射，控制能力低；背反射，则可能的暗区体积变大•集成封装式LED——考虑其非点光源，无论反射配光还是透射配光，体积可能庞大到不实用9.室内照明配光类型10.四种基本配光手段11.各种灯具配光洗墙类灯具配光分析类别：洗墙类灯具定义：洗墙灯，顾名思义，让灯光象水一样洗过墙面，主要也是用来做建筑装饰照明之用，还有用来勾勒大型建筑的轮廓。原理：LED洗墙灯的由于体积比较大，散热方面比较好，所以在设计方面也大大减少了难度，但在实际应用中，也会出现恒流驱动做得不是太好，出现损坏的也不少，洗墙灯能够更好的运行，重点就放在控制和驱动方面，控制和驱动方面。洗墙类细分：线形洗墙灯、点式洗墙灯、凹槽灯分类一：线形洗墙灯以平面照明为主要目的,采用VII类配光才是真正的洗墙灯V类无法组合配光成真正的VII类;右上：需要够窄、够密，着光角度太小，类似VII类;右下：光浪费，立面相对“够”高时，类似V类。灯具与照明距离效果图展示：效果一：灯具与被照面贴近离时，VII类的效果效果二：灯具与被照面贴近离时，类似VII类的效果效果三：灯