“光束角”这个概念，这回终于搞清楚了

图2 | 图3 | 图4

图2是舞台用的聚光灯照明效果。可以看到，地面的光斑具有很明显的明暗分界线。

图3是常用的射灯光斑。这个光斑相对图2就比较难确定边界了。因为不同的人对光的敏感度也不同，可能每个人确定的有光和完全无光的边界都有些差异。

图4则是一般常用的筒灯。它的边界同样难以准确判定。

图5的光斑则比较有意思了。中间亮，向外又有一个亮环。这种光源或灯具的光束角问题后面会谈到。

图5 雷士NDL712-50W防雾天花灯

从上面的例子可以看到。如果完全按照有光和完全无光来确定光束边界，这在实际测量和观察上都是非常难做到的。因此，只能根据最有利的方式来人为做个定义。这个“有利”是指什么？就是指便于实际测量和观察。也就是说，可以方便地重复性测量而完全可以忽略误差，同时也可以方便地通过人眼观察来确定光源的实际照明范围，使得测量结果和人眼观察感受相统一。两者间的误差应该不影响照明设计的结果。

正是因为通常很不容易准确确定光束的边界，所以人为做一个规定，规定某个边缘，边缘外的光已经减弱到可以忽略或无用。

国际上对此有相关的标准。但是不同地区不统一。

国际照明委员会(CIE欧洲)规定光强达到法线光强的50%处、两边所形成的夹角为光束角。

国际照明学会(IES美国)则规定光强达到法线光强的10%处、两边所形成的夹角为光束角。

可以看到，上述两个机构的定义差异是非常大的。所以，标准中定义的光束角，并不是实际光源或灯具的光束角，而是一种出自各自考虑的一种人为定义。

3 光束角的意义及规定思考

LED最早时期，只是作为指示灯用。通常指示灯会全部或部分埋在一个壳体内，主要依靠正面较小角度的发光来指示。所以，LED的光束角定义为法线光强的50%处的两边夹角，这样的定义对指示灯来讲是实用的。

但是对于照明来讲，有不同的照明需求。比如，舞台上，需要突出重点，需要很好收边的聚光灯。在重点装饰照明方面，即需要很好地聚光，同时也要能看清周围，需要中部聚光很亮，同时边缘需要适当范围的渐暗过渡光。而一般室内照明，则需要大范围的照明，往往不需要明显的亮、暗边缘。也就是说需要均匀照明。

因此，对于照明来讲，光束角的人为规定是很重要的。

观察图1和图2的光斑，如果按照50%法向光强的规定来定义光束角，同样的光束角，这两种灯具给我们的视觉感受是具有完全不同大小的光斑。而如果按照10%法向光强的规定来定义光束角，我们实际观察就可能有基本相同大小的光斑。同样，加入图3来考察，会有更加明显的差异。这些差异就是因为光束角的定义问题，造成仪器测量数据和人眼实际观察感受产生很大的误差。

我们把图2的照明状况用线条来标示出不同的光强角度，示于图6b。图6a是为了便于观察没有线条影响的对比图。您实际感受到的照明范围是50%Iv的范围还是10%Iv的范围？

图6a

图6b

测量仪器的探头是有一定的尺寸的，在测量光边界过渡比较锐利的光斑时，容易引入误差，所以，严格定义光强减到零的地方作为边界是困难的，而且也会引入测量与观察的差异。

一般的照明灯具，用光强减到法向光强50%光强来定义光束角，除了有测试意义外，没有实际“观察意义”。因为我们实际看光照时，谁能准确地看出半光强的位置？像图2~图5的情况。这样就不能确定这个灯具的有效照明范围。尤其是图5的照明，在实际的光照范围内，可能存在3个50%光强的界面。参看图7中黄色箭头所指的位置。哪一个界面是光束边缘？也许大家从习惯上看，都会选择最外边。仪器测试可能也许会选择最大角度作为光束角。但是，这种选择并没有在定义中明确指出!实际操作中变成了“人治”，而不是“法治”。

图7

这种有一道亮环的情况，在LED元件方面是比较常见的。甚至还有两道亮环的。参看图8。

图8

本人认为，照明灯具以光强减到法向光强10%的地方作为边界、也就是依照美规是比较合理的。

用10%光强来定义光束角，大家都能用眼睛基本上确定光照范围。这样仪器测试和眼睛观察的结果基本是统一的。对一般的人来讲，实际应用比较方便。

当然，用50%光强来定义光束角，仅仅对照明设计师有一点简单的帮助，即在仅有光束角一个参数的情况下，可以初步粗略地估计两个灯之间的安装间距。但这种估计是不能作为正式的照明方案提供给客户的。实际设计照明方案时，并不是这样简单。都会有灯具的配光参数。有了配光参数，光束角这个参数是如何规定边界数值的并不重要了。因为所有照明结果都依靠配光数据来计算得到，照明设计中并不需要光束角这个参数来计算。

光束角的概念主要是用于粗略判断或划分光束的范围。

综上所述，本人认为，应该区分“光束角”和“光强角”这两个概念。

应该如下定义比较好：

光束角——光强达到光束轴线光强的10%处、两边所夹的角，称为光束角。

光强角——光强达到光束轴线光强的N%处、两边所夹的角，称为光强角。当N=50时，则两边所夹角为半光强角。

半光强角对某些照明灯具也是有用的。比如在重点照明的射灯方面，既需要中央部分光度集中，也需要周围也有适当的亮度。类似图3的照明。这类重点照明常用于挂墙的绘画照明。不同的半光强角和光束角配合，可以用于不同尺寸的壁画照明。小尺寸壁画，可以用半强角与光束角比值较大的聚光灯；大尺寸的壁画则可采用半光强角与光束角比值较小的聚光灯(即半光强角较接近光束角)。在纯灯光装饰聚光照明方面，往往会需要半光强角与光束角比值大的聚光灯。不同的半光强角/光束角比值的照明效果参看图9。

图9 不同半光强角/光束角比值的照明效果比较

对于一般家庭和办公区照明，则一般用半光强角与光束角比值很大的灯具。实际上这样基本就是采用光束角一个参数就可以了。这也就是说，要求的是均匀照明，不需要明显的亮区、暗区。如图图4的照明状况。

对于LED元件，光通量值低于5lm、用于指示灯和装饰的，一般给出半光强角。因为半光强角更能体现LED在指示应用方面的方便性。

光通量大于5lm、用于照明的，一般给出光束角为好。不过封装厂为了避免混乱，给出半光强角也不无不可。

但是，照明灯具还是采用光强达到光束轴线光强的10%处、两边所夹的角度为光束角这样的定义为好。

4 结语

标准是人为制定的，制定的标准应该科学、实用。不应该墨守成规。本文纯属个人观点，不妥之处，敬请读者指教。

本文作者为夏俊峰，原标题为“谈谈光束角”

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