摘　要：本文主要根據照明應用場合的具體情況分析，在燈具光學設計時充分考慮CIE關于綠色照明的理念和要求，首先選擇短弧，高光通或高顯色性和高流明維持率的光源，其次采用模塊化設計全方位組合不同反射功能的反光罩和遮光罩，控制光的投射方向和光束形狀，同時改善照明燈具控光材料的光學性能，提高燈具的光輸出效率，降低燈具溢出光及偏射光，減小人工照明形成的天空雜散光，提高照明場合的照明水平和視覺舒適度，控制光污染，節省能源，降低照明成本。

　　關鍵詞：光學設計(optics design);照明燈具(luminaire);綠色照明(green lighting); 濺射光(spill light);

　　一、引　言

　　燈具作為照明單位器件，從功能方面可劃分為機械結構及安裝系統、電器及照明控制系統和光學照明系統，這三者相互作用，相互依賴，相互交融組成一個完整的燈具。其中燈具光學照明系統是實現燈具照明功能的終端執行部件，該系統主要包括光源和控光系統，它的工作最終體現燈具的使用性能。綠色照明是一個針對照明場合的要求，它的科學定義為：通過科學的照明設計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品(電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材以及調光和控光器件)，改善提高人們工作、學習、生活的條件和質量，從而創造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環境并充分體現現代文明的照明。綠色照明是20 世紀90年代初期照明行業提出的一個全新方針，它的出發點是節約能源、保護環境。實施綠色照明的宗旨是發展和推廣高效照明器具，節約照明用電，建立優質、高效、經濟、舒適、安全、有益的環境，綠色照明不僅要求節能，還要在滿足對照明質量和視覺環境條件的要求下實現節能，因此不能單純依靠降低照明標準來實現上述目的，而是要提高整個照明系統的節能能力，在同樣的照明標準和照明質量下用通過更少的燈具和更低的功率消耗來實現。

　　二、基于綠色照明理念的燈具光學設計

　　照明系統的節能主要從兩方面進行：一是研制和推廣應用高效優質的照明燈具;二是提供合理的照明控制系統和工程應用。研究高效的照明燈具主要是從燈具光學系統的設計出發，合理選擇燈具光源，科學設計燈具光學系統形狀，采用性價比合理的反射材料和折射控光材料。

　　(一) 光源的選擇

　　電光源的發光原理不同、制作工藝不同、材料不同，則發光效率就不同。單位功率發出的光通量稱為發光效率(以下簡稱光效)，更確切地說就是電光源的發光能力。照明要節電，首先盡量提高電光源的發光能力，讓盡量少的電能產生盡量多的光。金屬鹵化物燈的光效已接近甚至超過了1001m/W，有專家預計2010 年光效可達1201m/W，是泛光照明、道路照明和高大廠房照明的主要光源;高壓鈉燈光效已達1501m/W，是目前光效最高的照明光源，多用于道路照明和泛光照明。

　　在實際的照明應用中，片面追求光源的高顯色性和高色溫，能造成極大的能源浪費。在一些體育場館的泛光照明中，一般都采用1000～2000W的大功率金屬鹵化物燈，按顯色指數通常分為65(或80)、90兩種;按相應的色溫分為3700K(或4000K)、5600K兩種。后者通常應用于國際性的彩電轉播、奧林匹克運動會、世界杯比賽以及高清電視轉播中;前者用于日常的訓練、比賽、彩電轉播中。在全球不同地區如北美和歐洲，其執行的標準也有較大的差別，現行的體育照明標準對此要求也有所不同。不同顯色指數和色溫的光源其光通量有明顯差別，以1000W的金鹵燈光源為例。顯色指數為65的金鹵燈光源光輸出為110000Lm，而顯色指數為90的金鹵燈光源光輸出僅為90000Lm。前者的光通量高出后者約20%，意味著在同樣的照度水平和照度均勻度要求下，后者可節能20%左右。

　　現有金鹵燈結構分為單端金鹵燈和雙端金鹵燈2 種(圖1)，每種金鹵燈又可分為長弧發光管和短弧發光管兩種(圖1)，應用于不同的燈具中。比較這些產品特性可以發現，短弧雙端金鹵燈具有以下特點：允許燈具系統的設計更加簡潔，并使精確的光學系統具有較高的效率、良好的光束控制能力和最低限度的溢出光;燃點位置位于水平方向5以內，有助于金鹵燈性能的穩定;但是在工作時，燈的封裝部位將暴露在空氣中，因此必須控制燈具溫度，燈與燈之間顏色差異較難控制。單端短弧金鹵燈同樣具有自己的優勢，特別是在對眩光、外溢光的控制以及燈具的精確配光方面：也可以精確地控制光線，提供更多的配光選擇、良好的外溢光及眩光控制、透明管狀外玻殼、高光效等;如果保持水平方向5以內的燃點位置，可以最大程度地降低金屬鹵化物燈固有的色差，初始及燃點壽命期間均具有很高的光效，燈具壽命比雙端金鹵燈長，燈與燈之間的顏色差異容易控制。根據金屬鹵化物燈具的特性，當燈管處于水平和垂直狀態時被點燃，燈具的燃點效率最高。一般燈具安裝在燈桿或者馬道上時，燈具的瞄準角度與水平方向會有一個25～40左右的夾角，此時，燈具的傾斜系數較低，總的光失系數降低，燈具的利用效率下降，必須使用更多的燈具才能達到這一照明效果。使用Z形光源。

　　(圖2)時，通過燈管Z形的校正，可使燈管基本處于水平狀態，提高燈具的傾斜系數，提高了燈具的利用效率，減少燈具的使用數量，有效節約了電能。同時，采用Z形光源后，結合燈具的設計，部分本來投射到空中的外溢光通過反射器的反射被重新投射到場地中，從而提高了燈具的效率，使場地內可供利用的光能提高了25%左右，并且減少了對周邊環境的外溢光污染和場地內眩光。在沒有配置外置眩光控制器的情況下，可減少外溢光達50%左右;選用外置眩光控制器后，外溢光可減少90%～95%。