灯具光学讲义

了解和掌握光度学基本知识的基础，学习光学的基本定律，为对照明计算和灯具的控光部件（主要是反射器）的研究作准备。能看懂三大类灯具（室内灯、路灯和投光灯）的光度测试图表，并且能从中了解灯具的光学性能并能利用图表进行简单照明计算。3.能够根据灯具的配光曲线来设计灯具的光学部件,例如反射器等。培训目的

电磁波频谱图电磁波频谱图

常用380—780nm表示可见光的范围平面角和立体角

α=

在光度学物理量的基本定义中都要引用到立体角这一概念，而且立体角在照明计算中也经常用到。lαAoB(a)sAA＇r(b)orΩ光度学的几个基本概念Ω=

平面角和立体角辐射能和光辐射能（Qe）、辐通量（Φe）、辐强度（Ie）、辐照度（Ee）、辐亮度（Le）；对应的光度量定义：光能量（Qv）、光通量（Φv）、光强度（Iv）、光照度（Ev）、光亮度（Lv）；Km最大光谱光效能=683lm/W眼睛处在明视觉条件下的光谱光效率曲线

作为光度量——客观评价的物理量，必须要规定和使用世界上认可并适用的标准人眼和它的光谱灵敏度数值，这就是目前已被公认的光谱光效率υ（λ）也称视见函数

00.20.40.60.81.0υ400500600700nmλ（）υλΦEIΦ=E·SΦ=I·ΩI=E·L2常用光度学单位及其相互关系光通量Φ（lm）光强I（cd）照度E（lx）

常用的光度测量定律

a)照度的平方反比定律

E=

I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。)

b)照度的余弦定律：E=·cosθS1面：E1==；S2面：E2=；

∵

S1=S2cosθ∴

显而易见：E2=E1cosθ

将它与照度的平方反比定律结合起来就有：c)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。E=·cosθ=·cos3θ

屋边路边γA。。。。γA（，）（，）90BγBγB。c-γ坐标系统适合路灯的分布光度系统国际照明明学会推推荐的分分布光度度C-γ坐标系统V-H坐标系统适合投光灯灯的分布光光度系统国际照明学学会推荐的的分布光度度Β-β坐标系统光度学中常常用的坐标标空间光强分分布，可以以通过三种种方式：1、极坐标室内灯路路灯2、直角坐标投光灯3、等光强图不对称配光光旋转对称二个对称平平面一个对称平平面极坐标直角坐标等光强曲线线示意等光强曲线线灯具光度测测试报告解解读和在照明计算算中的应用用道路灯具子午面配光光曲线圆锥面配光光曲线等光强曲线线等照度曲线线光通量利用用系数曲线线子午面配光光曲线圆锥面配光光曲线光源：400WHPS等光强曲线线IESNA路灯分类图图人行道边线线1.0MH2.25MH3.75MH6.0MH2.75MH1.75MH1.0MH马路横跨线线用圆形网图图表示IESNA路灯分类灯具的纵向分布分为三种（（供参考））：1、当最大光强点点位于1.0和2.25MHTRL之间时，此此灯具被归归类为Short(S)分布，最大大的灯具间间隔是安装装高度的4.5倍；；2、在2.25和3.75MHTRL之间的，此此灯具被归归类为Medium(M)分布，最大大的灯具间间隔是安装装高度的7.5倍；；3、在3.75和6.0MHTRL之间称为Long(L)分布，最大大的灯具间间隔是安装装高度的12倍。灯具的横向分布分为四类：：1、当灯具具位于或接接近于道路路边，50%最大大光强的曲曲线位于参考轴轴的两边且且屋边1.0M宽，路边1.0-MH宽，这种灯灯具被称作作І类；2、50%最最大光强的轨轨迹的横向宽宽度在路边1.75MHLRL以内，属于ⅡⅡ类；3、部分的或或全部在路边边1.75MH和2.75MHLRL之间，属于ⅢⅢ类；4、部分的或或全部的在路路边2.75MHLRL以外，属于ⅣⅣ类。最大光强的垂垂直角度以上上的光分布控控制IESNA眩光控制分类类完全截光型离开灯下点90°（r=90°））以上的所有角角度的光强值值为0，而且且在离灯下点点80°（r=80°））的位置每1000流明的的光强值不超超过100cd（10%）。。围绕灯具的所所有横向角度度都要满足这这个要求。截光型离开灯下点90°（r=90°，，水平）的位置置的每1000流明的光光强值不超过过25cd（2.5%）），而且在离灯下下点80°（（r=80°））的位置不超过过100cd（10%）的灯具是达到到截光水平的的。同样应用用到围绕灯具具的所有横向向角度。半截光型离开灯下点90°（r=90°，，水平）的位置置的每1000流明的光光强值不超过过50cd（5%），而且在离灯下下点80°（（r=80°））的位置不超过过200完全截光型灯具安装高度修正系数k54.0062.7872.0481.5691.23101.00110.83120.69130.59140.51150.44160.39Eh=kE10等照度曲线后面例题当灯具安装在在9米高，求求在马路上且且垂直于马路路纵向的方向向上，离灯下下点的水平距距离13.5米的地方的的照度值是多多少？求照度均匀度度光通量利用系系数曲线路灯头的仰角角光通量利用系系数曲线示意意道路上照度均均匀度=最小小照度/平均均照度平均照度=光源光通量××利用系数××维护系数灯间隔距离××路宽例题：道路宽宽10米，灯灯具的安装间间隔是15米米，灯的高度度10米，求求路面的平均均照度是多少少？用光通量利用用曲线和等照照度曲线计算照度均匀匀度维护系数（K）维护系数是考考虑由于光源源光通衰减、、灯具污染及及老化所引起起的效率降低低，以及被照照场所建筑物物内墙表面、、顶棚、地面面的反射率下下降等因素使使照度降低所所必须乘入的的系数。建筑物特征分类维护系数（K）

卤钨灯白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯A．生产中几乎很少有尘埃、烟、烟灰及蒸气排出或出外部进入本房间0.8(0.85)0.75(0.8)B．生产中排出或外界进入少量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，比较明显但不严重0.75(0.81)0.7(0.76)C．生产中排出或外界进入大量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，积累较快0.66(0.76)0.6(0.69)户外露天广场0.750.7室内灯具光通比与距高高比极坐标配光曲曲线空间等照度曲曲线平面等照度曲曲线利用系数CU概算曲线最大距高高比:A-A:1.2B-B:1.7CIE分类:直直接向上光通通比:.0%向下光通通比:63.0%灯具效率率:63.0%光通比与距高高比CIE分类:直直接向上光通通比:.0%向下光通通比:63.0%灯具效率率:63.0%θ1/2——½照度角最大距高高比:A-A:1.2B-B:1.7距高比：1.2距高比：1.7距高比：2.1灯具描述：70WHPS；光源被垂直装装在一个旋转转对称反射器器内极坐标配光曲曲线例：在灯下6米，距灯下下点3米的地地方的照度有有多大？空间等照度曲曲线灯具描述：支架灯具；36W荧光灯管极坐标配光曲曲线极坐标配光曲曲线示意例：在灯下6米，c-0方向距灯下点点3米的地方方的照度有多多大？平面等照度曲曲线γ平面等照度曲曲线示意流明法利用灯具的配配光曲线或等等照度曲线，，按照灯灯具的布置方方式直接计算算室内各点的的照度。逐点计算法利用灯具的配配光曲线考虑虑到房间大小形状状、房间中各个面面的反射率和灯具布置方方式后计算灯灯具直接射到到工作面上的的光通量和射射到室内其它它表面（包括括墙、天花板板、地板）后后反射的光线线再投到工作作面上的光通通量之和除以以工作面的面面积得到平均均照度。照度计算算室空间比ＲＲＣＲRCR=5hRC(L+W)/L*W室内照明计算是把房间看看作直六面体体，能表征房房间尺寸的表表式就是室空空间比（室指指数）。越是是低而宽敞的的房子，可得得到的光通利利用率越高，，越是狭而高高的房间，光光通利用率越越低。利用系系数:ρCC80705030100ρW5030105030105030105030105030100WDRCRCRCOEFFICIENTSOFUTILIZATIONFORρFC=200.75.75.75.73.73.73.70.70.70.67.67.67.64.64.64.631.68.65.63.66.64.62.63.62.60.61.60.59.59.58.57.56.1822.61.57.54.59.56.54.57.55.52.55.53.51.54.52.50.49.1763.54.50.47.53.49.46.52.48.46.50.47.45.49.46.44.43.1684.49.44.40.48.44.40.46.43.40.45.42.39.44.41.39.37.1605.43.38.35.43.38.34.42.37.34.40.37.34.39.36.33.32.1546.39.34.30.38.34.30.37.33.30.36.32.30.35.32.29.28.1457.35.30.26.35.30.26.34.29.26.33.29.26.32.28.26.24.1388.31.26.23.31.26.22.30.26.22.29.25.22.29.25.22.21.1319.28.23.19.28.23.19.27.22.19.26.22.19.25.22.19.18.12510.25.20.17.25.20.17.24.20.17.24.20.17.23.19.17.16.118利用系数CUΡcc——顶棚空间的反反射系数;ρw——墙面的反射系系数;ρfc——地板空间的反反射系数;WDRC———墙面直接辐射射系数平均照度=光光源光通量×灯具数量×CU×维护系数/长×宽灯具数量=平平均照度×长长×宽/光源光通通量×CU×维护系数维护系数（K）维护系数是考考虑由于光源源光通衰减、、灯具污染及及老化所引起起的效率降低低，以及被照照场所建筑物物内墙表面、、顶棚、地面面的反射率下下降等因素使使照度降低所所必须乘入的的系数。建筑物特征分类维护系数（K）

卤钨灯白炽灯、荧光灯、高压水银荧光灯A．生产中几乎很少有尘埃、烟、烟灰及蒸气排出或出外部进入本房间0.8(0.85)0.75(0.8)B．生产中排出或外界进入少量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，比较明显但不严重0.75(0.81)0.7(0.76)C．生产中排出或外界进入大量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，积累较快0.66(0.76)0.6(0.69)户外露天广场0.750.7利用系数法及及灯具概算曲曲线应用例某电机装装配车间，双双侧开窗，采采用钢筋混凝凝土多边形屋屋架，因此顶顶棚有效反射射率ρcc是47%。下下弦高度12M。屋内墙及大型型屋面板均喷喷白，因此墙墙面平均反射射率ρw是41.5%。。地地面面为为混混凝凝土土地地坪坪水水泥泥砂砂浆浆抹抹面面，，因因此此地地面面反反射射率率ρf是20%。。车车间间跨跨度度W=18M，，长度度L=54M，，柱距距6M。。试确确定定照照明明方方案案和和灯灯数数。。1.照照度度的的确确定定和和灯灯型型选选择择：：设计计要要求求该该车车间间平平均均照照度度为为90lx。。拟选选用用D-16号GC5-B-4型深深照照型型400W高压水银银荧光灯灯，装于于屋架下下弦，工工作面高高度距地地面0.8M。2.求室空间间比：灯的计算算高度为为h=12-0.8=11.2MRCR=[5××11.2××(54+18)]/54××18=4.153.查D-16号灯具图图表，用用内插法法求出利利用系数数u=0.371。该车间属属于B类，维护护系数K=0.7，光源光通通F=20000lm应用公式式N=90×54×18/（（20000××0.371×0.7））=16.8个利用用系系数数:ρCC705030100ρW5030105030105030105030100RCRCOEFFICIENTSOFUTILIZATIONFORρρFC=201.69.66.64.66.64.62.63.61.60.61.59.58.572.60.56.52.58.54.51.55.52.50.53.51.49.473.52.47.43.50.46.42.48.45.41.47.43.41.394.46.40.36.44.39.36.43.39.35.41.38.35.335.40.35.30.39.34.30.38.33.30.36.32.29.286.36.30.26.34.29.25.33.29.25.32.28.25.237.32.26.22.31.25.21.30.25.21.29.24.21.208.28.23.19.28.22.19.27.22.18.26.22.18.179.26.20.16.25.20.16.24.19.16.23.19.16.1510.23.18.14.22.17.14.22.17.14.21.17.14.13D-16号灯具利利用系数数表：概算曲线线投光灯具具直角坐标标配光曲曲线等光强曲曲线区域光通通量穿过反射射器母线线，且含含有最大大光强的的截面上上V角和H角的配光光曲线直角坐标标配光曲曲线半峰发散散角———在选定定的通过过最大光光强的平平面上，，两个为为50%最大光强强的光强之间的的夹角半峰边角角——在在选定的的通过最最大光强强的平面面上，最最大光强强与50%最大光强强之间的夹角角灯的有效效光束———光强强大于或或等于10%最大光强强的所有有光束称称灯具的的有效光束(IES定义)投光灯光光度特性性的三个个定义等光强曲曲线区域光通通量旋转反射射器的设设计和计计算M反射器轮轮廓上的斜线段段光源光线线增量间隔角度度△θ出射光线线增量角△α表1计算算光束中中各环带带的光通通环带（度）中间角度的光强（cd）环带常数环带内光通0-107200.0956810-207550.28321320-308550.46339630-409300.62858440-507450.77457650-604500.89740360-701500.99314970-80201.05821

总和2410（lm）表2计算算光源各各环带内内的光通通环带环带内中间角上的光强（cd）环带常数环带内光通△Fθ170-1802920.09528160-1702910.28382150-1602890.463134140-1502040.628185130-1403050.774236120-1303130.897281110-1203130.993311946100-1103061.05832490-1002901.09131680-902751.09130070-802811.05829760-702960.99329450-603040.89727340-503060.77423730-402970.62818620-302920.46313510-202510.283710-101010.09510

总和

3700（lm）表3光束光通通与光源源能提供供的光通通二者计计算表环带（度）光束配光曲线修正后需要的光通由光源来的直接光通二者差值△Fα0-1079285110-202498216720-3046313432930-4068318549840-5067323643750-6047028118960-70174*17470-8025*25总和28169461870表4不同同θ或α角度内的的光通量量角度α∑△Fα角度θ∑△Fθ0

0

1051107(10×0.85×0.8=7)2