LED照明产品及灯具的光学性能测试研究
2009年3月第
20卷 第1期照明工程学报
ZH AOMI NG G ONG CHE NG X UE BAO Mar. 2009
V ol 120 N o 11
L ED 照明产品及灯具的光学性能测试研究
杨奇勇 张建平 赵燕华
1
2
2
(11北京市国有资产经营有限责任公司; 21中国建筑科学研究院)
摘 要:本文对LE D 照明产品及灯具的光学性能的测试方法进行了探讨, 并对用于水立方建筑物景观照明工程的
LE D 产品及灯具进行了实测, 为照明设计及计算提供了依据。
关键词:水立方; LE D ; 光学性能; 测试方法
The T est and Study on the for LE D Y Zhao Y anhua
Abstract
In this paper , the test method on optical performance for LE D lighting luminaires was concluded from a great deal of researches. Its application on the measurement of LE D lighting luminaires has a profound meaning for the National Aquatic Center landscape lighting design and com putation.
K ey w ords :national aquatic center ; LE D ; optical performance ; test method
2
2
(11Assets Co . LTD ; 21China Academy o f Building Research ) )
1 引言
LE D 作为新一代的照明光源, 具有功耗低、体
发光强度和总光通量最为重要。
211 测量方法
由于LE D 光源具有与传统照明光源截然不同的空间发光特性, 使原本适用于传统光源的光学特性的测量方法, 如发光强度、光通量和色度的测量方法未必适用于LE D 光源, 否则LE D 的测量精度和准确度都会受到影响。目前对LE D 的封装形状、尺寸及配光特性尚未统一, 故对LE D 进行光学测量难度很大。
当前有关发光强度的测量仍采用国际照明委员会CIE 推荐LE D 平均发光强度作为测量基准, 其测量方法是与标准LE D 作比较, 其他的CIE 标准条件, 如待测LE D 至接受器的距离、所设定的视角、接受器的面积等均与CIE127的规定相同, 如图1所示。在光通量的测量方面, 也是采用与标准LE D 作比较的方法, 对于积分球的尺寸、材料特性以及反射率等都有规定, 采用CIE T C —45提出的光通量测
积小、寿命长等特点, 具有广阔的应用前景。由于
与传统的照明产品有着较大差异, 目前, 针对LE D 照明产品的测试方法尚未统一, 测量难度也很大。本文对测试方法进行了相关探讨, 并对用于水立方的LE D 的照明产品和灯具进行了实测, 给出了其相关性能指标。
2 LE D 照明产品的测试
LE D 封装产品的性能参数可分为8大类:光度
量、辐射度量、色度量、几何量、电学量、热学量、时域量及其他量, 共约60个参数。但LE D 作为一种新型光源, 最重要的指标是前4个量, 其中又以
70 照明工程学报2009年3月
量方法。LE D 总光通量的测量, 对于
和
光源的发光强度是光度学的基本参数,
但因为
图1 CIE 推荐LE D 平均发光强度标准测量条件示意图
条件A :d =316mm ; 条件B :d =
100mm
图2 CIE 推荐测量LE D 总光通量的球形光度计示意图
发光强度不足以表征光源的完整特性, 特别是当光
源发光强度在空间非均匀分布时, 通常需要使用光通量来表征它。对于本工程采用的LE D 光源产品的几种光学性能要求如表1所示。本工程采用的LE D 产品的光通量是由LE D 产品检测机构进行检测。
表1 LE D 发光模组光参数
红R
光通量
主波长色纯度
(lm ) (nm ) (%)
4个或8个不同角度的剖面。
绿G ≥60520～525≥76
蓝B ≥15
465～470≥98
≥40
622～629≥
98
3
灯具的光学性能测试
311 测量方法
图3 笛卡尔坐标的光强分布曲线图
在灯具的光学性能测试中光强分布曲线是一项
重要指标, 它是照明设计中必不可少的光学参数。光源包括LE D 有两种配光曲线:即发光强度的空间分布和光谱分布。发光强度的空间分布是一个三维图形, 而作为其中的一个剖面的配光曲线则是一个二维图形, 且一般都采用极坐标表示。图3和图4分别表示了一支单色光LE D 在笛卡尔坐标和极坐标下的测量图形。测量一支LE D 光源或灯具至少要取
图4 极坐标的光强分布曲线图
第20卷第1期杨奇勇等:LE D 照明产品及灯具的光学性能测试研究71
测量配光曲线的仪器为分布光度计, 也称配光曲线仪, 如图5所示
。
(a ) 2A (16F (A ) ) 和A
L 2LF 216(b ) 2A (16F (B ) )
进行了实验。实验时考虑了灯具可能的放置的位置和各种偏转角度, 因为需要通过利用透镜不同焦距和模组的偏转角度来调整光的利用率, 并且能使气枕上的照度均匀, 取得气枕上的合理配光和最大的光的利用率。实验测试的项目包括灯具可能改变的各种颜色模式和不同偏转角度条件下的空间光度分布。图7为在光度实验室内利用分布式光度计对灯具的配光进行测试的照片, 图8是被测灯具的照片。
图5 分布光度计
发光强度的光谱分布主要用于色度量, 图6是
由三基红、绿和蓝是LE D 三种的相对光谱分布曲线, 由图6中可以看到它们的波长范围和主波长的位置
。312 测量结果, 我
们对所用的三种灯
2(F ) 、A L 2LF 216
图6 白光的光谱分布曲线
图7 实验装置图
图8 测试用灯具照片
72 照明工程学报2009年3月
灯具测试包括以下多种状态和组合。在灯具模
组平放时, 对8F 、16F (A ) 和16F (B ) 三种灯具的红、绿、蓝、白的四种颜色模式的配光进行了测试, 共取得了12组配光数据。这里列举了8F 、16F (A ) 和16F (B ) 灯具的配光测试结果(各种颜色模式的光强分布曲线) 分别如图9～11所示, 对应8F 灯具的白光模式的光强测试数据(示例) 如表2所示, 因为数据格式相同, 其余的灯具光强数据表在这里不一一列出。16F (A ) 和16F (B ) 两种灯具只有在透镜焦距上有所不同, 光强分布曲线形状相似, 因而光强分布曲线在报告中不再给出。
在实际应用中, 需要通过灯具模组角度的旋转
, 来改变投射到气枕的光分布, 根据气枕的不同尺寸、高度和安装位置调整偏转角度来获得理想的光分布。为了给照明计算和设计提供灯具的光强分布数据, 我们根据现有气枕模型, 程中可能出现的不同偏转角度下的表2 8F 灯具(白色) 的光强分布
) 角度(°[***********][***********][***********][***********]0
光强值(cd )
125410
[***********][***********][***********][1**********]0
) 角度(°[***********][***********]5170175180
[***********][***********][***********]180
光强值(cd )
[***********][***********][***********]010
图9 8F 的配光测试结果
光强分布曲线, 图12给出了在配光曲线仪上测得的
光强分布曲线, 表3列举了16F (A ) 灯具前排30度后排20度白光的光强分布数据, 其余光强数数据表略。
图9～11中:灯具的光强分布曲线, 灯具内的
) , 因各个面的光LE D 灯排模组平放时(即倾角为0°
强分布十分接近, 故按对称灯具测试与数据处理并给出对应灯具光强分布曲线(即一条经平均后的光
强分布曲线和一维的光强分布表) ; 当灯具内的LE D 灯排模组调整偏转角度时, 各个面的光强分布有较大的差异, 如图12, 故按非对称灯具测试与数据处理并给出三组灯具光强分布曲线和一个两维的光强分布表。
由以上测得的灯具光强分布曲线可见, 在水立方景观照明工程应用中, 灯具配光形状的改变是由透镜焦距和模组的偏转角度实现的, 如8F 采用短焦
第20卷第1期杨奇勇等:LE D 照明产品及灯具的光学性能测试研究73
10 16F () 图11 16F (B ) 的配光测试结果
距透镜的配光宽一些, 16F (B ) 由于采用长焦距透镜, 配光相对较窄。不同的偏转角度形成的光强分
布曲线也是不相同的。灯具内的LE D 模组平放不偏转倾斜时, 8F 灯具的光强分布较宽, 当灯具内的LE D 模组偏转倾斜后仍以8F 灯具的光强分布较宽。
由上述灯具光强分布的测试还可看出, 当灯具内部LE D 灯排模组偏转不同的角度时, 不仅灯具的
光强分布的形状不一样, 灯具的最大光强的位置也不一样, 即可随灯具内部LE D 灯排模组偏转的变化而变化。这样在实际工程设计计算时, 就可根据不同气枕尺寸编号选择不同需求的灯具光强分布组合, 来满足工程实际需要。
灯具效率的测试结果如表4所示。
从灯具效率的测试结果来看, LE D 模组偏转一
74 照明工程学报
表3 16F (A) 灯具前排30度后排20度白光的光强分布数据
γ\C
0°
5°10°15°20°25°30°35°40°45°50°55°60°65°70°75°80°85°90°95°100°105°120°125°130°360°355°350°345°340°335°330°325°320°315°310°305°300°295°290°285°280°275°270°265°260°255°250°245°240°235°230°
90°[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][**************]10
75°[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][1**********]010
60°[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]10
45°[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]
30°[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]10010
15°[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]010
2009年3月
0°[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]10010010
注:以上表中的光强值均为将光源的光通量折合成1000lm 时的光强值。
第20卷第1期杨奇勇等:LE D
照明产品及灯具的光学性能测试研究75
图12 灯具偏转后的空间光强分布特性
76 照明工程学报2009年3月
定角度后对其效率有一定影响, 实际应用时需要综
合考虑。
表4 灯具效率测试结果汇总
灯具名称
白
16F (A )
灯具效率(%)
蓝
[***********][1**********]514
数据库, 为后续研究及设计提供了基础性数据。数
据文件格式为国际上通用的IES 文件。
从灯具的测试结果可以看到, 由于采用不同的LE D 颗粒布置, 灯具的空间光度分布特性有较大差异; 随着偏转角度的变化, 灯具的空间光强分布特性也不同。因此, 需要在灯具布置方式和灯具安装数量等方面开展进一步的研究, 以辅助照明设计, 实现满意的照明效果。
参考文献
[1] CIE 127—1997号文件. LE D 的测量
[2] 吕正, 樊其明, 吕亮. LE D 光通量测量中的自吸收
16F (B )
8F
前30度后20度
前20度后10度
平放
前30度后20度前20度后10度
平放30度平放
[***********][1**********]310
效应及校正. , 2006年6月, 第17卷
4 结论
在灯具测试数据的基础上, 我们建立了灯具的(上接第63页)
第期
相关法规和标准, 作。, 包。使用中, 对灯具角度需要进行多次调整, 并做好日常维护工作, 遇台风、汛期要加强安全防范措施。并对广告照明实行计算机集中控制, 纳入城市灯光管理系统。
程的良好契机, 不遗余力地作好广告照明工作。
参
考
文
献
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20011
[4] 中国建筑科学研究院. 城市夜景照明设计标准(草
结语
广告和照明要有机结合起来, 广告照明不是广
告的主角, 只是深入宣传广告信息的手段。广告面向大众, 但是根据调研, 路过人群不会特意或者长时间注意户外广告, 所以, 广告照明通过光源的布置必须突出广告要反映的主题, 而不宜面面俱到。要充分利用灯光营造的光与影, 虚与实来展示广告的关键意图。建设部已下达文件:到2008年地级市要完成对城市夜景照明的规划。在规划的基础上开展夜景照明工程, 广告照明是夜景照明不可分割的部分, 我们应该凭借国家大力发展城市夜景照明工
稿) , 20051
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