LED灯具光学基础知识【一类优选】

1、第二部分：照明术语及照明标准简介,第三部分：积分球测试报告解读,第四部分：光分布测试报告解读,第五部分：LED灯具配光方式简介,第一部分：光的基础知识,第六部分：LED灯具防护等级和常用标识,1,行业内部,光 光是以电磁波的形式传播的，光的传播不需要介质。 可见光的本质是 。 其波长范围 （nm：纳米，长度单位1nm=10-9m） 长于 的为红外线、无线电等， 短于 的为紫外线、X 射线、宇宙射线等。 可见光部分又可分解成 等七种基本单色光。,光的基础知识,2,行业内部,光的基础知识,光 光是以电磁波的形式传播的，光的传播不需要介质。 可见光的本质是能被人眼所感知的电磁波。 其波长范围380n

2、m780nm （nm：纳米，长度单位1nm=10-9m）。 长于 780nm 的为红外线、无线电等。 短于 380nm 的为紫外线、X 射线、宇宙射线等。 可见光部分又可分解成红、黄、橙、绿、青、蓝、紫等七种基本单色光。,3,行业内部,光的基础知识,4,行业内部,直线传播：光在同种均匀介质中沿直线传播 反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角 。可归纳为:“三线共面,两线分居,两角相等” 折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内；折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，比值称为相对折射率,光的基

3、础知识,5,行业内部,光的反射 同一个平面 反射角等于入射角,光的折射 光从光密介质进入光密介质中时，折射角小于入射角 光从光密介质进入光密介质中时，折射角大于入射角,光的基础知识,6,行业内部,照明术语-光通量,1、光通量 光通量是 的参数。 即单位时间内发出的可见光的量的总和。 用 表示，单位为流明(Lm)。,7,行业内部,1、光通量 光通量是描述光源发出可见光总量的参数。 即单位时间内发出的可见光的量的总和。 用 表示，单位为流明(Lm)。,照明术语-光通量,8,行业内部,光通量测试原理,光线在积分球球内部被均匀的漫反射， 在球面上形成均匀的光强分布，因此 输出孔所得到的光线为非常均匀的

4、漫 反射光束。 输出强度与输入强度比大约为： 光输出孔面积/积分球内部的表面积。,9,行业内部,照明术语-光强,2、光强 即： ，是指光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量。缩写符号为I ，单位为坎德拉cd。,10,行业内部,照明术语-光强,2、光强 即： 发光强度 ，是指光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量。缩写符号为I ，单位为坎德拉cd。,11,行业内部,光强测试仪,12,行业内部,照明术语-照度,3、照度 照度是描述 的参数。 它表示某一场所的明亮度，用符号E表示 单位为勒克司lx。,13,行业内部,照明术语-照度,3、照度 照度是描述照射到某一表面的光通量的参数。它表示

5、某一场所的明亮度，用符号E表示单位为勒克司lx或lux。,14,行业内部,同一时间段，不同区域的不同照度,照明术语-照度,15,行业内部,照明术语-亮度,4、亮度 表征 的物理量。是唯一有眼睛感知的基础照明参数。 定义：单位投影面积上的光强。符号L，单位是坎德拉/平方米（cd/m2）,16,行业内部,照明术语-亮度,4、亮度 表征发光体（反光体）表面发光（反光）强弱 的物理量。是唯一用眼睛感知的基础照明参数。 定义：单位投影面积上的光强。符号L，单位是坎德拉/平方米（cd/m2）,17,行业内部,、I、E、L关系,E,I,=ES,=I,18,行业内部,照明术语-光通维持率（光衰）,在正常工作条

6、件下，灯在寿命期间内一特定时间的光通量与该灯的初始光通量之比，以百分数来表示。随着时间的增加，光源的光通量会下降。有效寿命就是根据光通维持率定义的。当光通维持率低于50%可视为灯已达到使用寿命。,国标要求：2000H不小于78%。 国外先进水平：2000H不小于90%。 美国能源之星：40%额定寿命时不小于80%。,19,行业内部,照明标准,建筑照明设计标准 GB50034-2013,20,行业内部,照明标准,21,行业内部,照明标准,22,行业内部,表 5.2.3 商业建筑照明标准值,照明标准,23,行业内部,表 5.2.4 影剧院建筑照明标准值,照明标准,24,行业内部,表5.2.5 旅馆

7、建筑照明标准值,照明标准,25,行业内部,表5.2.6 医院建筑照明标准值,照明标准,26,行业内部,表 5.2.7 学校建筑照明标准值,照明标准,27,行业内部,表5.2.8 博物馆及展览建筑照明标准值,照明标准,28,行业内部,表5.2.9 交通建筑照明标准值,照明标准,29,行业内部,表5.2.10 无电视转播的体育建筑照度标准值,照明标准,30,行业内部,5.2.11 有电视转播的体育建筑照度标准值,照明标准,31,行业内部,照明功率密度值 单位面积上一般照明的安装功率 当房间或场所的照度值高于或低于本表规定的对应照度值时，其照明功率密度值应按比例提高或折减。,照明标准,32,行业内部

8、,积分球报告解读,色品坐标xy/uv CIE1931色度图中，色品坐标以x,y表示 CIE1976色度图中，色品坐标以u,v表示,色容差SDCM 表征光色电检测系统的x,y值与标准光源之间的差别。 色容差实际指测量值偏离目标值的距离。 色容差的量化一般用椭圆来表征。 （麦克亚当椭圆） 色偏差Duv 代表实际测量值距离标准黑迹曲线的距离。用u，v坐标定义。,33,行业内部,积分球报告解读,2700K,4300K,6400K,10000K,色温 当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温。单位开尔文（K） 黑体加热时，颜色开始由深红-浅红-橙红-白-蓝逐

9、步变化,相关色温,相关色温CCT 当光源的色品点不在黑体轨迹上，且光源的色品与某一温度下的黑体的色品最接近时，该黑体的绝对温度为此光源的相关色温，简称相关色温。,34,行业内部,CIE1931色度图,CIE1976色度图,色温-XY-UV色坐标换算公式,注：色温只对于白光有意义,积分球报告解读,相关色温,35,行业内部,积分球报告解读,暖色光：色温在3300K以下。 红色的成分比较多，此光色能给人一种温暖、健康、舒适的感觉。主要用于家庭、宿舍、宾馆、酒店以及较为寒冷的地方. 中性光：色温在3300K5300K之间。 光线柔和，给人一种愉快、舒适、安详的感觉。主要用于商业场所、餐厅、学习等. 冷

10、色光：色温在5300K以上。 接近于自然光、有明亮的感觉，让人能够精神集中、干净。使用于办公场所、医院等.,相关色温,36,行业内部,色温低、照度高 闷热,色温高、照度高 明快,色温低、照度低 舒适,色温高、照度低 阴郁,（图C、D）是自然界光环境接近的同样的光质量，对于人类来说就变成了日常的光环境。离开了日常的光环境到非日常的光环境就会感觉不愉快。,色温/照度对使用者心理的影响,积分球报告解读,相关色温,37,行业内部,不同色温在不同风格的服装店铺的运用,积分球报告解读,相关色温,38,行业内部,积分球报告解读,显色指数,显色指数 显色指数是对物体真实颜色的还原程度。用Ra表示，国际照明委员

11、会将太阳的显色指数定为100。,39,行业内部,积分球报告解读,显色指数,R9指的是对饱和红色的还原程度，对应红光波长为650nm。当R90时，说明光源的红光成份不足，红色严重失真。,40,行业内部,积分球报告解读,显色指数,显色性的差异对比,41,行业内部,积分球报告解读,主波长d：眼睛能看到光源发出的主要光的颜色所对应的波长为主波长；在CIE1931色品图中，从E点向被测物体做延长线与马蹄形曲线交点对应的波长。 峰值波长p ：光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长。 注：一般对于单色光来说我们是要看d值，因为d值能够更准确的反应它的颜色；p值应该更多的用在蓝光激发荧光粉形成白光的时候，以

12、判断蓝光芯片的p值与荧光粉的激发波长是否匹配，另外复色光如白光的d值也只是做参考，要判断它的颜色还是要看它的色坐标或是色温。 半峰带宽FWHM：峰值波长对应发光强度的一半处的波长之差。对于单色光来说FWHM值越小，说明晶体的完整性越好。 色纯度：以主波长描述颜色时的一种辅助表示，定义为待测件色度坐标与E光源色度坐标直线距离，与E光源至该待测件主波长色度坐标距离的百分比,42,行业内部,积分球报告解读,光效,光效 光效，即：发光效率，是光通量与消耗的电功率的比值。它是光源经济性能的一个度量值，单位为Lm/W光效越高，表示越节能。,43,行业内部,光分布报告解读,报告基本信息,44,行业内部,光分

13、布报告解读,光强分布曲线,配光曲线：又叫发光强度分布曲线，是描述光源或灯具发光的空间分布特性的一条曲线。 半峰边角：也叫光束角，是指最大光强所在半平面内，两条1/2最大光强方向之间的夹角 光束扩散角：最大光强所在半平面内，两条1/10最大光强方向之间的夹角。定义杂散光线时引入的概念。,45,行业内部,光分布报告解读,照度距离表,灯具工作面上的平均照度：当灯具安装高度为3m，照射范围直径为1906.63cm，此范围内的平均照度为100.1lx,46,行业内部,光分布报告解读,矩形等光强曲线,把灯具工作面上光强相等的点用曲线连接起来的曲线群,47,行业内部,光分布报告解读,圆形等光强曲线,48,行

14、业内部,光分布报告解读,空间等照度曲线,以光源或灯具为中心，在空间中某一剖面上的照度相等的点的连线称为空间等照度曲线。 该曲线以直角坐标表示。 考察在灯光下1米至11米截面（C0平面）的照度分布状况。,49,行业内部,光分布报告解读,平面等照度曲线,把同一平面内照度相等的点用曲线连接起来的曲线群,50,行业内部,最大距高比即为： S/2H,光分布报告解读,距高比,定义：安装灯具时，相邻灯具间的安装距离与灯具的安装高度之比。 灯具标称的距高比是1/2照度角决定的距高比和1/4照度角决定的距高比中的较小值。,图中粉色点代表了只有一盏灯的时候，水平照度值为最大照度值一半的点。,51,行业内部,光分布

15、报告解读,距高比,2米高，2米间距,2米高，3米间距,52,行业内部,亮度限制曲线是CIE推荐的作为评价室内一般灯具直接眩光的标准和方法。,光分布报告解读,亮度限制曲线,53,行业内部,光分布报告解读,URG眩光曲线,统一眩光值 (UGR) 国际照明委员会（CIE）用于度量处于视觉环境中的照明装置发出的光对人眼引起不舒适感主观反应的心理参量,眩光：在视野范围内有亮度极高的物体或亮度对比过大，或空间和时间上存在着极端的对比，就可引起不舒适的视觉，或造成视功能下降，或同时产生这两种效应的现象。眩光是影响照明质量的最重要因素。,54,行业内部,按成因分为直接眩光和间接眩光。 按程度可分为失能眩光和不

16、舒适眩光。,光分布报告解读,眩光,55,行业内部,防散射 “遮蔽”技术,防眩光 “暗光”技术,降低（控制）眩光的方式,深藏光源 灯具表面砂状化 各种防眩灯头配件,光分布报告解读,眩光,56,行业内部,光分布报告解读,URG眩光曲线,57,行业内部,灯具的利用系数是指灯具在规定的条件下送到工作面上的光源光通量与总光通量之比，所以与照明灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射率的不同相关。 高的利用系数和低的眩光这是照明设计人员追求的重要目标之一，室内灯具的利用系数是在考虑灯具对工作面的直射照度的贡献上，还考虑了四壁、顶棚和地板的相互反射对工作面照度的贡献。,光分布报告解读,室内灯具利用系数,58,

17、行业内部,光分布报告解读,室内灯具利用系数,RHOCC天花板反射系数 RHOW墙壁反射系数 RCR房间系数 地板反射系数恒等于20,59,行业内部,房间系数 RCR（Room Cavity Ratio）,RCR=5hRC(L+W)/L*W,室内照明计算是把房间看作直六面体，能表征房间尺寸的表式就是室空间比（室指数）。越是低而宽敞的房子，可得到的光通利用率越高，越是狭而高的房间，光通利用率越低。,L:房间长度；W：房间宽度，hRC房间高度 针对不同的RCR系数，和不同的四壁、顶棚反射率系数，我们可以计算出室内灯具的利用率系数。,光分布报告解读,室内灯具利用系数,60,行业内部,光分布报告解读,室

18、内灯具利用系数,灯具维护系数就是照明装置使用一定时期之后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新安装时在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。,61,行业内部,光分布报告解读,利用系数法计算平均照度,平均照度=,灯具数量=,单个灯具光通量灯具数量CU 维护系数 长宽,平均照度长宽 单个灯具光通量 CU 维护系数,62,行业内部,光分布报告解读,室内灯具利用系数,公式说明,1、单个灯具光通量，指的是这个灯具内所含光源的裸光源总光通量值。 2、空间利用系数(CU)，是指从照明灯具放射出来的光束有百分之多少到达地板和作业台面,所以与照明灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射率的不

19、同相关,照明率也随之变化。如常用灯盘在3米左右高的空间使用，其利用系数CU可取0.6-0.75之间；而悬挂灯铝罩，空间高度6-10米时，其利用系数CU取值范围在0.7-0.45；筒灯类灯具在3米左右空间使用，其利用系数CU可取0.4-0.55；而像光带支架类的灯具在4米左右的空间使用时，其利用系数CU可取0.3-0.5。以上数据为经验数值，只能做粗略估算用，如要精确计算具体数值需由公司书面提供，相关参数，在此仅做参考。 3、维护系数是指伴随着照明灯具的老化，灯具光的输出能力降低和光源的使用时间的增加，光源发生光衰;或由于房间灰尘的积累，致使空间反射效率降低，致使照度降低而乘上的系数.一般较清洁

20、的场所,如客厅、卧室、办公室、教室、阅读室、医院、高级品牌专卖店、艺术馆、博物馆等维护系数K取0.8；而一般性的商店、超市、营业厅、影剧院、机械加工车间、车站等场所维护系数K取0.7；而污染指数较大的场所维护系数K则可取到0.6左右。,63,行业内部,光分布报告解读,室内灯具利用系数,公式说明,1、单个灯具光通量，指的是这个灯具内所含光源的裸光源总光通量值。 2、空间利用系数(CU)，是指从照明灯具放射出来的光束有百分之多少到达地板和作业台面,所以与照明灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射率的不同相关,照明率也随之变化。如常用灯盘在3米左右高的空间使用，其利用系数CU可取0.6-0.75之间

21、；而悬挂灯铝罩，空间高度6-10米时，其利用系数CU取值范围在0.7-0.45；筒灯类灯具在3米左右空间使用，其利用系数CU可取0.4-0.55；而像光带支架类的灯具在4米左右的空间使用时，其利用系数CU可取0.3-0.5。以上数据为经验数值，只能做粗略估算用，如要精确计算具体数值需由公司书面提供，相关参数，在此仅做参考。 3、维护系数是指伴随着照明灯具的老化，灯具光的输出能力降低和光源的使用时间的增加，光源发生光衰;或由于房间灰尘的积累，致使空间反射效率降低，致使照度降低而乘上的系数.一般较清洁的场所,如客厅、卧室、办公室、教室、阅读室、医院、高级品牌专卖店、艺术馆、博物馆等维护系数K取0.

22、8；而一般性的商店、超市、营业厅、影剧院、机械加工车间、车站等场所维护系数K取0.7；而污染指数较大的场所维护系数K则可取到0.6左右。,64,行业内部,光分布报告解读,室内灯具利用系数,公式说明,举例 1： 室内照明，1010米房间，安装高度3米，使用35W，3272lm面板灯25套 计算公式:RCR=5hRC(L+W)/L*W=5*3(10+10) (10*10)=3 平均照度 =单个灯具光通量灯具数量(N)空间利用系数(CU)维护系数(K)地板面积(长宽) =(327225)0.770.81010 =503 Lux 结论：平均照度500Lux以上,65,行业内部,光分布报告解读,室内灯具

23、利用系数,公式说明,66,行业内部,光分布报告解读,室内灯具利用系数,公式说明,举例 2： 室内照明，55米房间，安装高度4米，地面平均照度需求500Lux，使用35W，3272lm面板灯，需要多少个？ 计算公式:RCR=5hRC(L+W)/L*W=5*4(5+5) (5*5)=8 灯具数量(N) =平均照度地板面积(长宽) 空间利用系数(CU) 维护系数(K)单个灯具光通量 =500 5 5 0.44 0.8 3272 =11 结论：需要7个面板以上，地平均照度达到500Lux。,67,行业内部,一次配光： 提高光引出效率 二次配光： 根据应用场合重新分配光线 尽量减少光损失，提高光利用效率,LED灯具配光简介,68,行业内部,透镜,反射器,小角度产品内广泛应用 可设计出不同的配光方式 成本较高 结构较为复杂 效率相对较低,主要用于大角度照明产品 效率高 配光以轴对称为主 较难控制配光,LED灯具配光简介,69,行业内部,光学设计的基本原理,LED灯具配光简介,70,行业内部,投射式LED透镜,投射式透镜利用光线折射原理改变光线的出射角度，达到改变配光， 出射均匀的目的 透镜效率90% 主要用于如路灯、室内基础照明灯具等需要大角度配光的场合,LED灯具配光简介,71,行业内部,