LED道路照明中文翻译版本资料

• 更低的更换成本 • 颜色
– 白光LED将会拥有更高的色温, 会比其他光源更白
• 不会像钠灯那样黄 • 不会是卤素灯丝那样的琥珀色 • 灵便性
– 由于其离散特性,LEDs 有很广的品种范围,可以为设计者在灯的外观上 提供很大的灵活性
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Illuminance
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色温(CCT)
• 一个“黑体”的操作温度同与之比对的光源/发射器的 颜色外观相同
– 例如: 一个CRT的CCT是9300 K 这个CRT的外观（白色）和操作
• Cree 科锐 – XR-E – XR-C – MC-E – XP-E – XP-C – 4550 – XR
• Nichia 日亚 – Dozens of LEDs
• Cotco 华刚 • 更多…
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LED 道路照明: 背景, 挑战, 与解决方案
2009年2月 美国光学协会 莎益博设计系统商贸（上海）有限公司翻译
Copyright © 2008 Optical Research Associates
提纲
• 道路照明
– 分类 – 设计标准
• 照明基础 • 发光二极管
• 设计方法 -非序列光学问题
光度定义(2)
• 照度 (lux)
E Incident A
定义: 照度(E)是射入某个表面的光通量密度。
• 出射度 (lux)
M Leaving A
定义: 从各个方向离开某个表面的总通量密度称为光的出射度(M)。
• 亮度(cdm-2)
L I * AP AP
定义: :在观看方向上的光强密度称为亮度(L)。
• 光强分布可以用于创建路面照度或亮度 • 照明设计软件可用于独立地模拟强度、照度和
亮度
– 通常强度分布是照明设备制造商所提供的唯一信息
• 理解上面提及的所有物理量之间的关系很重 要
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常见“光源”
• 一些常见光源的亮度(cd m-2)
毛玻璃灯泡- 2 X 104
清澈的天空4 X 103
月亮 - 3 X 103
星星 - 5 X 10-4
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提纲
• 道路照明
– 分类 – 设计标准
• 照明基础 • 发光二极管 • 设计方法
- 非序列光学问题
• 分析事项
– 什么时候需要蒙特卡罗?
• 模型建立
– 简易光源模型
少量高亮度LED 与多个低亮度LED
• 两种主要思想
– 采用多颗低亮度LED – 采用少量高亮度LED
• 低亮度LED
– 优势 • 可以降低费用 • 可以降低热部分的设计要求 • 可以降低电气部分要求
– 缺点 • 更复杂的装配设计(公差等) • 更复杂的光学设计
• 高亮度LED
– 优势 • 更少的LED数目 • 更简单光学设计的可能性
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道路分类(2)
• 地方政府也许会进一步明确，提出更多的限制和要 求
– 截光
• 光污染 • 飞机场附近的空间辐射
– 外观 – 电气特性
• 能量 • 灯具更换计划
– 环境约束
• 作为驾驶员，我们会意外地碰到许多潜在的危险。大量 的研究已经演示了最好的照明方式来减轻夜晚行车时可 能发生的事故。
• 每一条公路都不同，但是很多组织（例如美国照明工程 学会）已经确立了设计的标准，可以决定的最好的照明 条件的基础是建立在道路的分类上。
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(540×1012赫兹相当于标准空气中的波长为555.016纳米。)
• 光通量(lumen)
定义: 1流明定义是强度为1cd的均匀点光源射入距离1米的1平方米表面的 光能。
– 一个半径为r的球体的表面积是4p r2。因此,1cd点光源射出的总 光通量是4p流明
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温度是9300 开尔文 (K)的黑体相似/相同。 一个钨卤灯的CCT是3200 K 灯丝的外观和操作温度是3200
开尔文 (K)的黑体相似/相同。
• 计算很烦琐，需要查表
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• 对于一个延伸光源，当光源与接收者之间距离比光源的最大尺寸大 10倍时，反平方定律可以忽略。（一般经验法则）
Source
Angle (q)
Areபைடு நூலகம் (A)
Distance (R)
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如果距离, R, 很大 I = Illuminance * R2
Illuminance L cos(q )sin(q )dq d

如果 Luminance 是常量 Illuminance = L * Projected
Solid Angle
如果 Illuminance 常量 Flux = Illuminance * Area
• 分析事项
– 什么时候需要蒙特卡罗?
• 模型建立
– 简易光源模型
• 案例学习 • 参考文献
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道路照明
• 目的：能充分地照亮路面，包括附近的人行道、自行车 道以及所有障碍物和引导标识。
亮度的其它用途
• 亮度是眼睛能“看”到的。 • 通常亮度用来描述光源，但也可以用于描述某个表
面的反射光.
– 道路路面
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反平方定律(ISL)
• 反平方定律(ISL):空间上一个点光源的照度与光源与接 收者之间距离的平方成比例。
显色指数(CRI)
• 对比黑体，将给定光源的的显色能力划分为0 100
– 黑体(如白炽灯)具有连续光谱,因此能显可见光的光谱内的 所有颜色CRI = 100
• 8标准色样本用于常规CRI（专用CRI可用14色样本）
– 计算CIE x, y值与每个样本比较
• 通常，当CRI < 80-85时，不建议在对色温有重要要求的 应用上使用
大量LED制造商,更多LED规格
• Philips LumiLEDs 飞利浦流明 – Luxeon (I, III, V, K2, Rebel, Flash) – SnapLED – SuperFlux
• OSRAM 欧司朗 – OSTAR (Lighting, Projection) – Dragon (Golden, Platinum, Diamond) – TopLED – CERAMOS – OSLUX – SIDELED – FIREFLY – 5mm, 3mm
E I * AA
E

I
*
A*Cos(q )
A* R2
E

I
*Cos(q )
R2
光度关系: 近似值
y
q
x
如果强度是常量
z Flux = Intensity * Solid Angle
Intensity
Flux Intensity sin(q )dqd
如果L 是常量 Intensity = L * Projected Area
• 分析事项
– 什么时候需要蒙特卡罗?
• 模型建立
– 简易光源模型
• 案例学习 • 参考文献
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提纲
• 道路照明
– 分类 – 设计标准
• 照明基础 • 发光二极管
• 设计方法 -非序列光学问题
Flux
如果L 是常量 Flux = L * Etendue
Flux Lcos(q )sin(q )dadqd A
如果 PSA is 是常量 Etendue = Area * PSA
Flux Illuminance da
A
Intensity L cos(q )da
A
Luminance
选择正确的LED
• 可能的标准
– 光学输出 • 配光分布 • 能量
– 颜色 • 色温 • 色度范围 • 荧光粉 与RGB混光
– 机械特性 • 表面凸起 • 穿孔 • 属性
– 热特性 – 电气特性
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• 案例学习 • 参考文献
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为什么选择LED?
• 成本
– LED 比其他光源有更高的能量效率
• 长周期的成本经济效益 • 相对于卤素灯能省更多能量 • 寿命
– LEDs 比其他光源有更长的寿命
– 缺点 • 热部分设计的更高要求
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道路分类
• 美国照明工程学会(via ANSI/IES RP-8)从应用上把道路 分类为：
– 道路的种类 • 高速公路 • 主干道 • 次干道 • 其他
– 对行人的潜在冲突 • 行人和车辆互相影响的高、中、低的可能性
– 人行道的种类 • 四种不同材料的人行道（沥青、水泥等） • 简单的BRDF类型
• 地震 • 温度 • 盐雾
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设计标准
• 道路的照明
– 没有考虑路面的反射比 – 对各种路面的不同需求 – 还需要计算光度耗散
• 照明道路的照度
– 路面的“明亮”程度应被驾驶员观察 – 考虑人行道的亮度，亮度的一致性和光度损耗
一般光度学单位
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光度定义(1)
• 光强(cd)
I
定义: 1坎德拉是频率为540 x 1012赫兹的单色辐射点光源，在某一特定方 向发射辐射强度为1/683W / Sr的光时，此方向的发光强度,。
• 设计方法 -非序列光学问题
• 分析事项
– 什么时候需要蒙特卡罗?
• 模型建立
– 简易光源模型
• 案例学习 • 参考文献
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照明基本原理
• 通常,光源的远场光强分布会应用于整个设计过 程
• 小目标的能见度
– 要考虑: • 目标亮度 • 背景亮度 • 观察者的适应度 • 失能眩光
• 截光型
– 如果适用
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提纲
• 道路照明
– 分类 – 设计标准
• 照明基础 • 发光二极管