不同照明場景下燈具配光曲線的運用

蔡培凱

廈門市產品質量監督檢驗院（福建 廈門 361100）

0 引言

當今時代，與社會經濟快速發展相對的是資源的日漸匱乏，為此，國家提倡低碳經濟、節能減排。日常照明也應朝著此方向發展，做到合理照明、綠色照明。在各種照明場景中，要想做到合理照明，燈具的重要性不言而喻。通常，燈光設計人員在根據照明環境要求選擇燈具種類時，只考慮燈具的外觀、尺寸及照明效果，而燈具企業需要根據照明效果的要求設計燈具形狀，選擇透鏡、光源等光電配件。對燈具的照明效果而言，最直觀的評價是燈具的光斑形狀，而光斑形狀是燈具配光曲線的具體表現。根據燈具的配光情況，可生成IES文件，即以IES格式顯示的配光電子文件，將該文件導入電腦軟件中，可以計算照度分布情況、模擬環境使用效果、計算照明環境所需的最少燈具數量。對于燈具，配光曲線就是其生命線[1]。

1 配光曲線的定義

光源或燈具的配光曲線是指光源和燈具的發光面中心軸在所有空間方向上的光強變化，用曲線表示。配光曲線有三種表示方法，分別如下。

（1）極坐標配光曲線法。即以燈具或光源的發光面中心作為極坐標的原點，垂直向下畫一直線作為極軸，以原點為圓心，以極軸為半徑（半徑長短表示光強的大小），將各個角度的光強用矢量表示，連接各個光強的矢量端形成的配光曲線就是極坐標配光曲線。若燈具是旋轉對稱，則一個測光面的極坐標曲線就能說明其光強在空間的分布情況；若燈具不對稱，則要多個測光面的極坐標曲線才能說明整個燈具的光強分布情況。

（2）直角坐標配光曲線法。大多數聚光燈具的發光強度主要分布在30°的范圍內，光束角很小的配光分布用極坐標法無法清楚表達燈具光強空間分布狀況，因為很難在很窄的角度內查看發光強度很陡的變化。這時，要采用直角坐標配光曲線表示法，以豎軸表示發光強度，以橫軸表示角度[2]。

（3）光強曲線圖。即連接等光強的矢量形成曲線，然后將相鄰等光強曲線排列組成網圖，也被稱為等光強圖，主要包括圓形網圖、矩形網圖或正弧網圖。矩形網圖的光強曲線圖既能表明燈具的光強分布情況，又能顯示整個燈具區域的光能量分布，因此投光照明產品都是采用矩形網圖表示光強分布。

按照曲線對稱關系，配光曲線也可以分為軸向對稱形、對稱形和非對稱形配光。軸向對稱形，其曲線旋轉也對稱，如圓形LED筒燈、方形面板燈等燈具的配光曲線在空間各個方向上的曲線都是對稱的。對稱形就是燈具C0°到C180°曲線面、C90°到C270°曲線面都是對稱的，此時的配光曲線也稱對稱配光。非對稱形就是燈具配光曲線在C0°到180°和C90°到270°任意一個面的曲線都不對稱。

不同的燈具，其配光曲線體現在燈具或光源在空間各個方向上的強度分布都不同。通過配光曲線，可以了解燈具的光度性能、發光角度等信息。要想選擇合適的照明燈具，最準確且簡單的方式就是查看燈具的配光曲線，燈光設計師可利用配光曲線模擬各種條件下照明環境的照明效果。

2 國內對照明的要求

照明設計是塑造建筑光環境不可或缺的重要部分，室內照明的指標必須滿足《建筑照明設計標準要求》（GB 50034—2013）的要求。對于不同的建筑照明場景，標準規定的照明要求也不一樣，平均照度不低于表1的要求[3]。

表1 不同建筑的照度要求

3 不同照明場景下燈具配光曲線的運用

根據燈具實際應用場景的不同，可將照明分為四種情況，即普通照明、局部照明、混合照明和重點照明。普通照明只為照亮環境空間，不需要考慮特定要素的照明需要，也可稱為環境照明。普通照明是最常見的照明方式，適用于室內照明、戶外照明及特殊場所（如隧道）照明等，如圖1所示。局部照明是為照亮某個局部，清晰體現并突出局部效果而設置的照明，如圖2所示。局部照明通常使用發光角度較小、光線比較集中的燈具進行照明。該種照明雖然能清晰體現被照明位置，但照明光線太強而背景光線太弱，長時間容易引起視覺疲勞。混合照明由普通照明與局部照明組成，如圖3所示。其能根據空間需要，通過合理搭配各種照明燈具，使照明的空間層次感分明，且背景亮度與局部照明的差別不大，非常能體現環境的溫馨舒適感，因此室內照明普遍使用混合照明。重點照明是指通過光線突出強調某一目標物，或是在指定的目標物體上進行方向性的光線照明，也稱裝飾照明。建筑外觀結構、衣櫥模特、雕塑藝術品、裝飾品、博物館文物等都需要通過光線強調某些特殊要素或特殊區域以吸引人的注意，因此需要選擇能符合特定部件或陳設空間大小的照明燈具，且對發光角度的大小要求嚴格，如圖4所示。

圖1 一般照明

圖2 局部照明

圖3 混合照明

圖4 重點照明

以藝術館的石膏雕像為例，如圖4所示，燈光射在石膏像上的發光角度不同，產生的視覺效果也不同。當光束角為10°時，可以明顯感覺到雕像的明暗情況，給人很強的沖擊力，能立馬吸引參觀者的目光。但是，由于強烈的明暗對比，雕像的細節效果被弱化，而且由于光束角度太小，雕像整體形態也不能完整展現。當光束角為24°時，雕像的質感和人物的神態都得到了很好的表現，也有一定的視覺沖擊。當光束角為38°時，這時的雕像在光線的照射下更為柔和、細膩，細節體現度十分飽滿，人們可以觀察雕像的各個細節。但由于光束過大，光線照明雕像的同時將背景墻也一同凸顯，使整體雕像對人的沖擊感大幅下降，很難引起人們的注意。不同發光角度對被照面形成的陰影效果也不同，要充分考慮被照物體的空間位置和需展現的方位。發光角度越小，被照明的物體立體感越好，但細節越不容易體現；而發光角度越大，被照明物體立體感越差，越不容易突出物件，但物體的細節更柔和細膩。因此，如何選擇合適燈具，關鍵在于選擇合適的配光曲線[4-5]。

4 總結

燈具或光源的配光曲線能真實客觀地表示燈具或光源的照明效果。通過光學配件改變燈具或光源的發光角度，體現的是燈具或光源真實的配光情形。在不同的照明場景，基于配光曲線選用燈具，可以有針對性地分配光線，提供豐富多樣的光環境。同時，在不同的照明要求下選擇合適的光束角，可以體現被照物的顯示效果，也可以避免眩光，同時還能實現節能減排、綠色照明。