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２００６年１２月 灯－９照明 第３Ｏ卷第４期 ｝｛照明研究；｛ 《 ｘｘ ： ｘｘｘｘ）ｌ０（）ｌ０（ 道路照明光源的发光效率计算＊ 陈仲林，胡英奎，刘英婴，张晟鹏，黄彦 （重庆大学建筑城规学院，重庆４０００４５） 摘 要：根据反应时间法，获得了在中间视觉条件下不同的暗视觉与明视觉光通量比值和不同背景亮 度时的一组光视效能最大值和光谱光视效率表达式。最后，从道路照明应用目的出发，根据中间视觉 条件下光视效能最大值、光谱光视效率和光源的光谱功率分布．计算了在不同条件下金属卤化物灯和 高压钠灯的发光效率；两种光源的发光效率在背案亮度为１．２ ｃｄ／ｍ２ １．５ ｃｄ／ｍ２时可以取得等值点； 但随着背景亮度进一步下降，金属卤化物灯的发光效率将大于高压钠灯的发光效率。 关键词：反应时间法；中间视觉；亮度；发光效率；道路照明 道路照明是属于中间视觉范畴，所以道路照明 （ｓ／Ｐ，Ｌ ， ）＝ （Ｓ／Ｐ，Ｌ ） （ ）＋［１一 （Ｓ／Ｐ， 光源的发光效率计算应在中间视觉条件下进行。在 Ｌ ）］ （ ） （２） 中间视觉时，人眼中的锥状感光细胞和杆状感光细 式中： （ｓ／Ｐ，Ｌ ）——不同暗视觉和明视觉光通量 胞同时在起作用，但是，这两类感光细胞的参与程度 比值Ｓ／Ｐ和不同背景亮度厶 却随着背景亮度和光源光谱组成等不同而变化，并 时锥状感光细胞的贡献程度； 直接导致了中间视觉光视效能最大值也随之发生改 １一 （ｓ／Ｐ，Ｌ ）——不同暗视觉和明视觉光通 变，所以在中间视觉条件下，光视效能最大值不是一 个单一的数值，而是一组数值 ；中间视觉时光谱光 量比值Ｓ／Ｐ和不同背景亮 视效率函数曲线也不是只有一根曲线，而是随光源 度厶时杆状感光细胞的贡 的暗视觉光通量和明视觉光通量的比值与背景亮 献程度； 度、波长变化的一簇曲线。因此，道路照明光源的发 （ ）和 （ ）——分别为明视觉和暗视觉时 光效率大小也会随着光视效能最大值和光谱光视效 光谱光视效率。 率变化而变化；在进行道路照明计算时，为了达到安 于是由（１）式和（２）式可得， 全、快速和舒适地运行目的，必须要考虑道路照明光 （Ｓ／Ｐ，Ｌｂ） 丌 未 源的发光效率变化造成的影响。 －． ４ ＝ １光视效能最大值 －当人眼处于不同适应水平时，规定波长为５５５ ．． 一（Ｓ／Ｐ，Ｌ￣） ｎｍ处的光视效能值均为６８３ １ＩＩｌ／ｗ＿２］，此时可算得在 ＝［Ｋ 。Ｋｍ／（Ｋ 一 ）］／［ （Ｓ／Ｐ，Ｌ＾）＋ ／（Ｋ 一 暗视觉时光视效能最大值为１ ７００ １ＩＩｌ／ｗ；同理可算 ）］ （３） 得在中间视觉时不同Ｓ／Ｐ比值与背景亮度时光视效 能最大值， 于是算得： 一（ＳＩＰ，厶）＝ ７１甄（４） Ｋｍｍ（Ｓ／Ｐ， ） 丽 （１） 式中 （ｓ／Ｐ，Ｌ ）可从相关资料中获得。为了便于计 算，本文从参考文献［３］的表４所列值中拟合出 （Ｊｓ／ 在本文中采用下式¨ 来表示中间视觉光谱光视 Ｐ，Ｌ ）表达式。在进行拟合时，去掉了ｓ／Ｐ值为 效率 （Ｊｓ／Ｐ，Ｌ ， ），该式已经过归一化处理， ０．２５—１．３５、Ｌ＾为０．０１ ｃｄ／ｍ 和Ｊｓ／Ｐ值为０．２５ ＊国家自然科学基金资助项目（５０３７８￣３）和高校博士点基金（２ｏｏ５ｏ６ｌｌｏｏ７） 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年１２月 ，＇ｔ－ｙ－９照明 第３Ｏ卷第４期 ０． 、Ｌ 为０．０３ ｅｄ／ｍ２共１９个数据后，获得拟合效 果较好且表达式较为简单的模型， （ＳＩＰ，Ｌｂ）＝０。６７９４＋０．０２７２５１ｎ（ＳＩＰ）＋０．００７８４０ 【Ｉｎ（Ｓ／Ｐ）］ 一０．０１４２８１ｎ（Ｓ／Ｐ）ｌｎＬ ＋０．１３０７１ｎＬ 一 ０．００１９６３（１ｎＬ６） （５） 上式的复相关系数为０．９９９７；如以参考文献［３］ 的表４值为准，那么相对误差均在±４％范围内。在 不同暗视觉和明视觉光通量比值ＳＩＰ和不同背景 亮度 时，由（５）式和（４）式算得的光视效能最大值 Ｋｕ（Ｓ／Ｐ，Ｌ６）值见表１。 表１ 不同Ｓ／Ｐ和 值时光视效能 最大值 （Ｓ／Ｐ．Ｌ ）（１ Ｗ） ２光源发光效率研究 中间视觉时光源的发光效率也可由下式算得， ‰＝ＫＭ（Ｓ，Ｐ，Ｌｂ）．ｒ （ ） （ｓ／Ｐ， ， ）出， （６） 式中：１７ ——中间视觉时光源的发光效率，单位为 ｌＩＩｌ，Ｗ： ・ ２ ・ 。（ ）——光源的光谱辐射功率分布，单位Ｗ／ ｎｍ； 中 ——光源的功率，单位ｗ。 因为（６）式中的中间视觉光谱光视效率可采用 反应时间法的视觉实验结果确定，并且它是以反应 时间为参数，所以光谱功率分布和照明水平都具有 可加性 Ｊ ｏ 由（４）式和经过归一化处理后获得的中间视觉 时光谱光视效率函数 （ＳＩＰ，Ｌ ， ）；再由光源的 光谱辐射功率分布实测数据，可获得在不同背景亮 度时，４ｏｏ ｗ的金属卤化物灯ＭＨ和４００ ｗ的高压钠 灯ＨＰＳ的发光效率计算值见表２。 表２在不同背景亮度条件下ＭＨ和ＨＰｓ 的发光效率计算值（１ Ｗ） 注：＊——由外推法估算得。 从表２中可以看出，在被研究的背景亮度范围 内，无论是采用ｙ。。（ ）代替明视觉光谱光视效率来 计算，还是采用Ｖ（ ）来计算，两种光源的发光效率 均随着背景亮度的变化而变化，而且它们的变化规 律大致相同：ＭＨ光源的发光效率是随着背景亮度减 小而单调增大，在暗视觉时为最大值（１８１．２ ｌ Ｗ） 而ＨＰｓ光源的发光效率却是随着背景亮度减小而先 增大，后变小，直至在暗视觉时为６９．６２ ｌ ｗ，变成 ＨＰＳ光源的发光效率最小值。如果采用明视觉光谱 光视效率来计算，则ＭＨ和ＨＰＳ光源在背景亮度为 １．２ ｃｄ／ｍ２附近两者的发光效率相等；如果采用１０。 视野的明视觉光谱光视效率Ｖ 。（ ）来计算，那么 ＭＨ与ＨＰＳ光源在背景亮度为１．５ ｃｄ／ｍ２附近两者 的发光效率相等。从表２中还可以看出，无论对于 ＭＨ光源，还是对于ＨＰＳ光源，采用 （ ）和Ｖ，。（ ） 的计算结果差别不太大，当背景亮度较小时，ＭＨ与 ＨＰｓ发光效率的计算值的差别就更小；尤其是对于 （下转第１２页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年１２月 灯与照明 第３Ｏ卷第４期 景观体现了文化底蕴，文化也在景观的合理建设中 得到升华，敲击出人与景的和谐音符。如果能在设 计理念中加入防治光污染的思想，防患于未然，苏州 的照明发展前景将会日新月异。而其他地区若能借 鉴他人之长，弥补自身不足，在照明设计中注重体现 自己城市的灵魂，也将有个独具特色的夜间照明，尽 情享受这静谧、舒适、和谐的美丽夜景。 （上接第２页） ＨＰＳ光源而言，当背景亮度约小于０．１ ｃｄ／ｍ２时，采 用Ｖ（ ）和Ｖ 。（ ）的发光效率计算结果就更接近 了，如以Ｖ（ ）计算结果为准，则相对误差小于Ｉ± １％Ｉ。由上可知。为了使道路照明计算时使用方便， 并与现行的光度测量系统相衔接，建议采用Ｖ（ ）来 计算道路照明光源的发光效率。 如果均以明视觉时光谱光视效能Ｖ。。（ ）为参数 进行计算，则采用反应时间法和直接视亮度匹配 法¨ 计算ＭＨ和ＨＰＳ两种光源的发光效率见表３。 表３在不同背景亮度和不同视觉实验方法条件下 ＭＨ和ＨＰＳ的发光效率计算值（１ｒｎ／ｗ） ） ． ＭＨ 晒 丽丽 商 面 ｉ 荪面 从表３中看出，由反应时间法和直接视亮度法 算得的发光效率值大小是不同的，尤其在中间视觉 范围内差别是比较大的，所以应该根据具体应用目 的。选择适宜的视觉实验方法获得的中间视觉光度 学系统进行照明计算。对于道路照明来说，宜选用 （４）式、（２）式和（５）式进行照明计算。 ３ 小结 在计算光源的发光效率时，需要确定由光辐射 所引起的光视效能最大值，以及确定光谱光视效率。 据研究表明，在中间视觉条件下，光视效能最大值不 是一个单一的数值，而是一组数值；光谱光视效率函 数曲线也不是只有一根曲线，而是随光源的暗视觉 ・ １２ ・ 参考文献： ［１］ “光文化”融人城市夜景建设——访北京工业大学城市 照明规划设计研究．中华建筑报总第１４７１期 ［２］ 范世福．论城市照明的“光文化”发展方向［Ｊ］．照明工程 学报，２００４，１５（３）：３７ ４Ｏ 光通量和明视觉光通量比值，以及随背景亮度变化 而变化的一簇曲线。 人眼视觉效应是非常复杂的，所以不同的视觉 实验方法，仅研究了人眼视觉的不同视觉特性，相应 的实验结果也仅反映了人眼视觉的不同效应；单一 的视觉实验结果是不可能完全表示人眼对光刺激的 全部视觉反应的效果，因此，它们之间的实验结果不 存在～一对应的可比性。 在道路照明条件下，应从反应时间出发，采用 （６）式、（４）式和（２）式来计算道路照明光源的发光效 率，从计算结果中看出：当道路路面亮度在１ ｅｄ／ｍ２ —３ ｅｄ／Ｔｎ２范围内时，ｌＩＰＳ和ＭＨ光源的发光效率大 致差别不大；而在小于１ ｃｄ／ｍ２时，ＭＨ光源的发光效 率大于ｌＩＰＳ光源的发光效率；而在暗视觉时，ＭＨ光 源的发光效率是ＨＰＳ光源的发光效率的２．６倍左 右！因此在低亮度照明水平时，宜采用金属卤化物 灯（ＭＨ）进行照明。 参考文献： ［Ｉ］ 陈仲林，杨春宇，何正军．光谱光视效能最大值研究［Ｊ］． 照明工程学报，２００３，１４（３）：１—３ ［２］Ｒｅａ Ｍ，ＢＩＩ１ｌ０ｕｇＩｌ Ｊ，Ｆｒｅｙｓｓｉｎｉｅｒ—Ｎｏｖａ Ｊ ａｎｄ Ｂｉｅｒｍａｎ Ａ．Ａ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｕｎｉｉｆｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ．Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｒｅｓ．Ｔｃｃｈｎ－ ｏ１．２００４，３６（２）：８５—１１１ ［３］ ＦＡｏｈｏｈｎａ Ｍ，Ｈａｌｏｎｅｎ Ｌ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂａｓｅｄ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｍｅ． ｓｏｐｉｃ ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ．Ｈｅｌｓ／ｎｋｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ２００５ ［４］陈仲林，李毅，林勇，等．道路照明中视觉反应时间与光 源光谱之间的关系研究［Ｊ］．照明工程学报。２００４，１５ （３）。１７—２Ｏ
