不同照明场景下灯具配光曲线的运用

蔡培凯

厦门市产品质量监督检验院（福建 厦门 361100）

0 引言

当今时代，与社会经济快速发展相对的是资源的日渐匮乏，为此，国家提倡低碳经济、节能减排。日常照明也应朝着此方向发展，做到合理照明、绿色照明。在各种照明场景中，要想做到合理照明，灯具的重要性不言而喻。通常，灯光设计人员在根据照明环境要求选择灯具种类时，只考虑灯具的外观、尺寸及照明效果，而灯具企业需要根据照明效果的要求设计灯具形状，选择透镜、光源等光电配件。对灯具的照明效果而言，最直观的评价是灯具的光斑形状，而光斑形状是灯具配光曲线的具体表现。根据灯具的配光情况，可生成IES文件，即以IES格式显示的配光电子文件，将该文件导入电脑软件中，可以计算照度分布情况、模拟环境使用效果、计算照明环境所需的最少灯具数量。对于灯具，配光曲线就是其生命线[1]。

1 配光曲线的定义

光源或灯具的配光曲线是指光源和灯具的发光面中心轴在所有空间方向上的光强变化，用曲线表示。配光曲线有三种表示方法，分别如下。

（1）极坐标配光曲线法。即以灯具或光源的发光面中心作为极坐标的原点，垂直向下画一直线作为极轴，以原点为圆心，以极轴为半径（半径长短表示光强的大小），将各个角度的光强用矢量表示，连接各个光强的矢量端形成的配光曲线就是极坐标配光曲线。若灯具是旋转对称，则一个测光面的极坐标曲线就能说明其光强在空间的分布情况；若灯具不对称，则要多个测光面的极坐标曲线才能说明整个灯具的光强分布情况。

（2）直角坐标配光曲线法。大多数聚光灯具的发光强度主要分布在30°的范围内，光束角很小的配光分布用极坐标法无法清楚表达灯具光强空间分布状况，因为很难在很窄的角度内查看发光强度很陡的变化。这时，要采用直角坐标配光曲线表示法，以竖轴表示发光强度，以横轴表示角度[2]。

（3）光强曲线图。即连接等光强的矢量形成曲线，然后将相邻等光强曲线排列组成网图，也被称为等光强图，主要包括圆形网图、矩形网图或正弧网图。矩形网图的光强曲线图既能表明灯具的光强分布情况，又能显示整个灯具区域的光能量分布，因此投光照明产品都是采用矩形网图表示光强分布。

按照曲线对称关系，配光曲线也可以分为轴向对称形、对称形和非对称形配光。轴向对称形，其曲线旋转也对称，如圆形LED筒灯、方形面板灯等灯具的配光曲线在空间各个方向上的曲线都是对称的。对称形就是灯具C0°到C180°曲线面、C90°到C270°曲线面都是对称的，此时的配光曲线也称对称配光。非对称形就是灯具配光曲线在C0°到180°和C90°到270°任意一个面的曲线都不对称。

不同的灯具，其配光曲线体现在灯具或光源在空间各个方向上的强度分布都不同。通过配光曲线，可以了解灯具的光度性能、发光角度等信息。要想选择合适的照明灯具，最准确且简单的方式就是查看灯具的配光曲线，灯光设计师可利用配光曲线模拟各种条件下照明环境的照明效果。

2 国内对照明的要求

照明设计是塑造建筑光环境不可或缺的重要部分，室内照明的指标必须满足《建筑照明设计标准要求》（GB 50034—2013）的要求。对于不同的建筑照明场景，标准规定的照明要求也不一样，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 不同照明场景下灯具配光曲线的运用

根据灯具实际应用场景的不同，可将照明分为四种情况，即普通照明、局部照明、混合照明和重点照明。普通照明只为照亮环境空间，不需要考虑特定要素的照明需要，也可称为环境照明。普通照明是最常见的照明方式，适用于室内照明、户外照明及特殊场所（如隧道）照明等，如图1所示。局部照明是为照亮某个局部，清晰体现并突出局部效果而设置的照明，如图2所示。局部照明通常使用发光角度较小、光线比较集中的灯具进行照明。该种照明虽然能清晰体现被照明位置，但照明光线太强而背景光线太弱，长时间容易引起视觉疲劳。混合照明由普通照明与局部照明组成，如图3所示。其能根据空间需要，通过合理搭配各种照明灯具，使照明的空间层次感分明，且背景亮度与局部照明的差别不大，非常能体现环境的温馨舒适感，因此室内照明普遍使用混合照明。重点照明是指通过光线突出强调某一目标物，或是在指定的目标物体上进行方向性的光线照明，也称装饰照明。建筑外观结构、衣橱模特、雕塑艺术品、装饰品、博物馆文物等都需要通过光线强调某些特殊要素或特殊区域以吸引人的注意，因此需要选择能符合特定部件或陈设空间大小的照明灯具，且对发光角度的大小要求严格，如图4所示。

图1 一般照明

图2 局部照明

图3 混合照明

图4 重点照明

以艺术馆的石膏雕像为例，如图4所示，灯光射在石膏像上的发光角度不同，产生的视觉效果也不同。当光束角为10°时，可以明显感觉到雕像的明暗情况，给人很强的冲击力，能立马吸引参观者的目光。但是，由于强烈的明暗对比，雕像的细节效果被弱化，而且由于光束角度太小，雕像整体形态也不能完整展现。当光束角为24°时，雕像的质感和人物的神态都得到了很好的表现，也有一定的视觉冲击。当光束角为38°时，这时的雕像在光线的照射下更为柔和、细腻，细节体现度十分饱满，人们可以观察雕像的各个细节。但由于光束过大，光线照明雕像的同时将背景墙也一同凸显，使整体雕像对人的冲击感大幅下降，很难引起人们的注意。不同发光角度对被照面形成的阴影效果也不同，要充分考虑被照物体的空间位置和需展现的方位。发光角度越小，被照明的物体立体感越好，但细节越不容易体现；而发光角度越大，被照明物体立体感越差，越不容易突出物件，但物体的细节更柔和细腻。因此，如何选择合适灯具，关键在于选择合适的配光曲线[4-5]。

4 总结

灯具或光源的配光曲线能真实客观地表示灯具或光源的照明效果。通过光学配件改变灯具或光源的发光角度，体现的是灯具或光源真实的配光情形。在不同的照明场景，基于配光曲线选用灯具，可以有针对性地分配光线，提供丰富多样的光环境。同时，在不同的照明要求下选择合适的光束角，可以体现被照物的显示效果，也可以避免眩光，同时还能实现节能减排、绿色照明。