- 照明技術(shù)與照明設(shè)計
- 劉登飛主編
- 1492字
- 2022-05-10 20:31:55
任務(wù)二 照明中常用的反射器
照明系統(tǒng)中的反射器俗稱燈罩或反射罩,其作用一般有兩點:①獲得所需照明效果,近處光照強度大而均勻,但遠(yuǎn)處效果不好;②在相同配光的前提下,增加外形美觀。
反射器設(shè)計基礎(chǔ)理論:將反射器上任意點(角度θ)接收的光源光線反射到與軸線成希望夾角α的方向上,換言之,要注定反射器上各區(qū)域?qū)⒐饩€投射到什么方位,這是設(shè)計的第一步。為此,需要以下數(shù)據(jù):
1)光束分布(配光):用出射光線光強該光線與軸線夾角α表示,采用函數(shù)式或曲線圖都可以。
2)光源發(fā)出光線的光分布(光強分布):采用從它發(fā)出的各條光線與軸線夾角θ表示,常用曲線表示,在近似的計算中光源的配光常用余弦分布。
3)從要求的光束分布的總光通,考慮光源與反射器之間的結(jié)構(gòu)限制等因素確定光源的功率。
計算中遵循光通量的守恒。具體細(xì)節(jié)如下:
1)對從光源射向四周空間的光線,要選擇合適的角度間隔進行劃分,如圖2-13所示。
2)計算在光源光分布和出射光束光分布中各個角度間隔內(nèi)的立體角。
3)采用“光通增量=光強×立體角增量”的公式計算各間隔內(nèi)的光通量,其中光強由光源光分布和出射光束光分布中提供,往往取間隔角度的中值角上的值。
4)找出光源能提供的光通量和光束中需要的光通量的差值,得到折換系數(shù),統(tǒng)一二者的差異。
5)找出光源在某個θ角間隔內(nèi)能提供的光通量正好和光束在某個α角間隔內(nèi)需要光通量相一致的對應(yīng)關(guān)系,即某個θ角內(nèi)的光線射到某個α角中去的θ-α關(guān)系。

圖2-13 角度間隔劃分
根據(jù)θ-α的關(guān)系,求出反射器曲面形狀,這是計算反射器的第二步。其中包括:
1)用公式計算光源光線間隔角度中反射面與軸線夾角β。
2)列表寫出光源光線間隔角度θ和β角的正切值。
3)以光源置放點為原點,光軸(對稱軸)為x軸,寫出從光源發(fā)出的各光線間隔角度上光線的方程為y=tanθx。
4)設(shè)反射器起始于第一點的坐標(biāo)是x0y0,它的斜率為tanβ0,則反射器上第一段的折線方程為y-y0=(x-x0)tanβ。
5)計算該線段與下一個光線間隔角度的交點x1y1,即解下述方程組:

6)重復(fù)過程5),計算下一個點,不同的是將x1y1的值作為x0,y0來處理,β0與tanθ另取新的值。
7)完成上述全過程就可得到—個需要的反射器曲線。
(一)二次曲線反射器
二次曲線包括圓、橢圓、拋物線和雙曲線。
從圓錐曲線的一個焦點發(fā)出的光線,經(jīng)過圓錐曲線的反射后,得到的反射光線所在的直線,相交于曲線的另一個焦點(拋物線的另一個焦點可看為無窮遠(yuǎn)點)。
1)圓面的光學(xué)反射特性:從圓心發(fā)出的光線,經(jīng)圓球表面反射后,仍匯聚于圓心。
2)橢圓面的光學(xué)反射特性:從橢圓一個焦點發(fā)出的光線,經(jīng)橢圓表面反射后,匯聚于另一個焦點。
3)拋物面的光學(xué)反射特性:從拋物面焦點發(fā)出的光線,經(jīng)拋物面反射后,形成平行光。
4)雙曲面的光學(xué)反射特性:從雙曲面一個焦點發(fā)出的光線,經(jīng)雙曲面反射后,反射光線反向延長線,交于雙曲面另一個焦點。
當(dāng)光源偏離拋物面、橢圓面、雙曲面焦點時,光線經(jīng)反射后,光束發(fā)散和匯聚情況發(fā)生變化。
利用二次曲面反射器的性質(zhì),可以實現(xiàn)光線的收集和角度控制,完成光學(xué)設(shè)計要求不高的一些照明光學(xué)設(shè)計需求。
(二)其他反射器設(shè)計
簡單二次曲面反射器很難滿足越來越高的照明光學(xué)設(shè)計要求,例如,軌道燈、射燈反射器設(shè)計,既要求照度均勻,又要求外形尺寸、輪廓基本不變的情況下,方便實現(xiàn)同一系列燈具,發(fā)光角度的改變,比如16°~40°的變化,此種設(shè)計要求可采用如圖2-14所示的鱗甲反射器方案。

圖2-14 鱗甲反射器方案
又如,車燈尾燈的設(shè)計,需要形成橫向、縱向不同的發(fā)光角度,可采用自由曲面反射器實現(xiàn);車燈前照燈的設(shè)計,需要形成非對稱的光型要求,也可以采用自由曲面反射器實現(xiàn)。此類反射器的設(shè)計較復(fù)雜,在后續(xù)內(nèi)容中將詳細(xì)介紹。