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灯光设计光束角的正确理解

作者: xutai 时间:2018-11-20 来源:未知
摘要:希望能对灯具的 IES 配光文件以及光束角的技术参数等提供一个初步的认识,也看看配光曲线下的照明效果应该是怎么样的神仙怪物。 首先我们来看两种最常见的IES配光曲线表示方式: 图一: 图二: 这两个图有什么不同呢?其实一个 IES 配光曲线的两种不同表达方

希望能对灯具的 IES 配光文件以及光束角的技术参数等提供一个初步的认识,也看看配光曲线下的照明效果应该是怎么样的神仙怪物。
首先我们来看两种最常见的IES配光曲线表示方式:
图一:


图二:

这两个图有什么不同呢?其实一个 IES 配光曲线的两种不同表达方式。图一是直角坐标表示法,图二为极坐标表示方法。都是表示配光曲线的方法之一,而且都能明确的在图中找到核心需求的数据。
我们学习 IES 配光曲线知识,第一个要学习的就是光束角,什么是光束角呢?
简单的定义阐述:
CIE 国际照明委员会和中国国标 GB 的的定义:在光束轴线所在平面上,经过灯正面的中心点为轴线,峰值中心光强 50% 的区域夹角,英文名 Beam Angle,单位:°(度)。
与 CIE 不同的是北美国际照明学会 IES 的定义:峰值中心光强 10% 的区域夹角,英文名 Field Angle。
由于我们国标的照明参考的是 CIE 国际照明委员会的标准,所以我们一般说到的灯具角度就是 Beam angle 50% 光强的区域夹角,所以无论是光学厂家,灯具厂家还是设计师都可以先统一一下这个概念。
在中国和大部分国家,说光束角就是 50% 峰值中心光强之间的夹角,而不是 10% 峰值光强下的 field angle,以免产生误解和纠纷。(题外话:这就是开题前我被客户“质疑”的问题所在,用  field angle 的 25°透镜 PK 我的 Beam angle 23°透镜的“亮度”,我也是醉了)
直角坐标表示法图示如下:

上面这个图示一共有8个知识点:
注1:
峰值中心光强:从图里可以看出大概 Imax=930cd,峰值光强的大小决定照明的强度和照度(当然得出照度还要考虑另一重要因素:距离)
注2:
50% 峰值中心光强:1/2 Imax=4650cd,这里主要是为了看光束角角度。
注3:
光束角:也就是等于 50% 峰值光强下的夹角全角(不是半角啊)左右相加=64°,光束角的大小决定光斑的大小,跟效果息息相关。
注4:
左下角的单位 cd/klm 表示以上数据是基于 1000lm 下的数据,也就是说如果你灯具是 5000lm 输出,峰值光强=930*5000=46500cd。(cd/klm体现的是光学设计和灯具设计的实力)。
注5:
C0-C180 表示 X 轴面,C90-C270 表示 Y 轴面(在非对称光束角会明显看出)。
注6:
效率:一般表示为灯具或者光学器件的效率,越高越好。(效率体现了对光的利用系数,是最重要的实力体现)。
注7:
10% 峰值光强:1/10 Imax=93cd,主要是方便看注 8 的 filed angle 角度。
注8:
视觉光束角(Filed Angle):等于 10% 峰值光强之间的夹角全角,此图约 90°。
以上是直角坐标 IES 文件的 8 个关键点,极坐标就按照极坐标抓要点。

我们看看光束角下的光斑视觉区域,(其实我的理解是单灯效果比如博物馆照明考虑 10% 峰值光强角度比较重要,如果是功能性照明或者泛光照明,关注 50% 光强角度和光型的平滑度,越接近余弦过度越平滑)。

下面我们来认识一下一些典型照明应用的 IES 配光曲线和应用:
办公照明:

超市照明/仓库照明:

筒灯等商业照明:

路灯照明:

来到这里就又有问题了,同样的光束角,是不是光的效果就一样呢?答案是非常否定的,光束角只代表光的照射范围,不能体现光在每个细分角度区域里面的光的强度,举个栗子:

细细的去看其实上面四个图是两个 IES 配光曲线(分别用直角坐标和极坐标表示),角度都是大角度(随便两个角度不一样,一个是 132 度,一个是161°)但是两者的光分布完全不一样。
第一个是油站灯的配光曲线,目的是把光均匀的分布在灯具的正下方;
第二个是草坪灯的类似配光,目的是把光均匀的远远发散到周边区域去。
从美国 DLC 光能量分布的要求就是在特定的角度范围内分布了多少的光能量(合理利用光的标准),以满足每种灯不同的光需求。

图:油站灯的配光分布是为了正照区域的光均匀

图:草坪灯的光分布是为了四周围的光分布发散出去,而不是其正面照明需求。
希望以上有关 IES 配光知识的分享能对你有用,不过始终啰嗦需要把握的一点是:看真实的配光曲线,寻找核心的数据,了解灯具的光分布,合理的利用光,减少光污染,节能低碳。
 

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