LED路灯配光方案研究
LED路灯的配光设计与照明计算..
LED路灯的配光设计与照明计算黄瑞彬程彦刚梁建冬农文捷古念松（欧司朗照明（中国）有限公司深圳）摘要：本文从人眼视觉分辨原理出发，分析当前道路照明标准中各参数对道路照明安全性和舒适性的影响。
推理满足道路照明要求的配光应当具有的特点，并给出了一个能够符合BS EN 13201标准，覆盖ME1~ME5道路照明要求的光型组合。
关键词：LED路灯，配光，亮度均匀性，眩光。
Keyword:LED Street light, Light distribution, Uniformity of luminance, Glare1 概述LED相比传统光源具有更接近于点光源的特性，更容易通过光学设计满足道路照明的配光需求。
近年来LED路灯的应用逐渐普及，国内外对道路照明配光的研究也逐步深入，目前已经有比较完善的标准。
如北美的ANSI/IESNA RP-8-00，欧洲的BS EN 13201以及国内的CJJ 45城市道路照明设计标准。
这些标准多从人眼视觉分辨原理和行车安全需求出发，以亮度相关的参数作为主要参考指标。
常用以下参数评价道路照明的质量：L——路面的平均亮度avUo——路面总体亮度均匀度——纵向亮度均匀度ULTI——阈值增量SR——周边照度系数然而国内的部分院校及厂家在路灯配光的研发以及一些地方道路照明招标中，常以道路照明外观效果的均匀和测试验收的方便性考量，把照度作为主要评价指标，将配光设计成“蝙蝠翼”型，而忽视道路照明中安全相关的亮度标准的做法。
这样不但达不到应有的照明效果，还会给驾驶员带来严重的视觉不适应性(如斑马效应)。
Fig.1“蝙蝠翼”型配光 Fig.2斑马效应 本文从人眼视觉分辨原理出发，分析行车安全性和舒适性对道路照明参数和路灯配光的要求，并给出了一个能够符合欧标BS EN 13201标准，覆盖ME1~ME5道路照明要求的光型组合案例。
2 理论分析城市道路照明的主要目的是在夜间为机动车驾驶员创造良好的视觉环境, 达到减少交通事故, 提高安全和舒适性的目的。
LED路灯配光方案(OK,蝙蝠翼配光曲线由来)
1. 1 LED路灯配光形状特点
在道路照明中，如果没有对LED路灯光源配光。
照射在路面上的光型会形成面积较大的圆形光斑，如 图1 ( a)所示。
图1（a
） 未经配光
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无配光系统的路灯照射模型
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不能满足道路照明要求的配光效果 容易形成部分黑暗地带、阴影，出现 “斑马效应”。
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全反射透镜
图4 全反射透镜
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图5 自由曲面透镜
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图6 外置透镜和反光器的LED示意图
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2. 3 LED路灯的三次配光
LED路灯的三次配光是 在大功率LED 一、二次配光完成的基础上,通过对
多个LED (单元模组)叠加和空间排列实现,以满足道
2. 2 LED路灯的二次配光
对LED路灯中的大功率LED采用透镜或反光器 进一步改变输出光特性,即为LED路灯的二次配
光。
LED路灯的二次配光主要有以下情况： a.采用全反射透镜的LED二次配光
b.采用自由曲面透镜的LED二次配光 c.外置透镜和放射器的LED二次配光
目的：
都是使光强输出曲线呈蝙蝠翼形，满足道路照明要求。
当最大光强在垂直面内的投射角度达到55º-65º
时，可以达到照度均匀度的要求。
一般来说，这时的配光实现宽角度的“蝙蝠翼” 形配光。
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理想的LED路灯配光
图15 蝙蝠翼形光强输出曲线
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2、 LED路灯配光方案
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LED路灯的配光方案在道路照明要求的基础上
高效的LED路灯配光方案
高效的LED路灯配光方案LED路灯技术大体分为分立式与集成式两种，分立式技术为采用1W以上的单颗光源制造路灯，集成式技术为采用集成式芯片作为光源制造路灯。
目前采用分立式技术的企业较多，之所以如此，是因为多数厂家认为分立式光源散热和配光问题更容易解决，进而使LED路灯达到节能省钱的目的。
但是，实际情况并非如此。
具有完善散热、配光技术的LED路灯的确可以发挥节能省钱的作用。
但无论分立式还有集成式路灯都面临复杂的散热和配光问题，解决不好：热散不掉，配光损失太多，就会导致照明效果差，节能效果不明显，甚至死灯的后果，给用户造成LED路灯节能不节钱、技术不过关的印象。
具体来看，半导体光源问世以来一直采用的是炮弹型结构。
这种封装形式电流小，发光量低。
现在大功率照明级芯片电流已达到几百毫安甚至更高，由于光电转换效率低，大部分能量只能以热的形式散发，而高温正是芯片的大敌。
继续沿用老方法，不去创新是无法彻底解决LED路灯的光效、光衰问题的。
分立式光源路灯在出光上也有以下不足：光源加花生米型配光损失15%左右，再加上玻璃罩又要损失15%左右，做成灯具后总发光量就损失30%左右。
灯具的最终目的是照路面为人服务的，关键要看路灯的应用光效，评判配光优劣在看整灯光效同时更重要的是整灯路面光效。
只能通过配光提高整灯路面光效，才能确定节能多少。
路面光效是考核LED路灯的一项重要指标，虽相关单位还未出台相关标准，但无论任何路灯都是要照射到路面上的。
在总功率前提下，总光通量越高越好，投射到路面上的有效光越多越好。
分立式光源在路灯的配光中，标称光源光通量达到多少多少流明，这是不科学的说法。
尤其是单颗光源做成路灯后有15%左右光成了眩光和光污染，使整灯路面上的有效光降低。
那么怎样才能提高整灯路面光效呢？绿时代路灯设计思路是这样的。
首先，从光源封装结构着手解决问题。
同等发光量的芯片，采用单颗封装方式的光通量大于采用COB方式封装的光通量。
一种利用自由曲面透镜的LED路灯配光设计与研究
ｓ ｒａ ｅｉ ｅｔ ｂ ｉｈ ｄ Ｔｈ ａａ ｏ ｒ ｅｏ ｍ ｕ ｆ ｃ ａ ｅｏ ｔ ｉｅ ｙ ｎ ｍｅ ｉａ ｔ ｏ ．ａ ｄ ｕ ｆｃ Ｓ ｓａ ｌ ｅ ． ｓ ｅｄ ｔ ｆｆｅ ｆｒ ｓ ｒａ ｅｃ ｎ ｂ ｂ ａｎ ｄｂ ｕ ｒｃ ｌ ｍｅ ｈ ｄ ｎ ｔ ｅｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ａ ａｉ ｉ ｐ ｒｅ ｔ ｏ ｔ ｒ ｏｇ ｎ ｒｔ ｈ ｒ ｅｏ ｍ ｕ ｆ ｃ ｅ ｓｅ ｔｔ ．Ｔｈ ｈ ｏ ｒ ｉａ ｅｄ ｔ Ｓ ｍ ｏ ｔ ｄ ｉ ｏ ｓ ｆｗａ ｅｔ ｅ ｅ ａｅｔ ｅｆｅ ｆ ｒ ｓ ｒａ ｅｌｎ ｎ ｉｙ ｎ ｅ ｌ ｈ ｉｔｉｕ ｉｎ ｏ ＥＤ ｎ Ｄ ｔｅ ｔｌｍ ｐ ｕ ｉｇ ｆｅ ｆｒ ｌｎ ｓｓｍ ｕａ ｅ ｎ ｎ ｌｚ ｄ ｉ ｔｄｓｒｂ ｔ ｆＬ ｇ ｏ ａ ｄ ＬＥ ｓｒ ｅ ａ ｓｎ ｒ ｅｏ ｍ ｅ ｓｉ ｉ ｌ ｔｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｆｌ ｈ ｉｇ ｓｍ ｕａ ｉｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｈ ｗ ｈ ｔＬＥＤ ｔｅ ｔｌｍ ｐ ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｅｃ ｍ ｅｒ ｓ ｌｓｏ ｉ ｔ ｉ ｌｔｏ ｎ ｎ ｌ ｓｓｓ ｏ ｔ ａ ｇ ｎ ｓ ｒｅ ａ ａ ｅ ｎ ｆｅ ｆＩ ｒ
ｄ ｓ ｒｂ ｔ ｎ ｉ ｈ ａ ｇ ｔｌ ｈ ｉ ｇ ａ ｅ ｎ ｈ ｌ ｍ ｉ ａ ｉ ｎ ｕ ｉ ｒ ｔ ｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｔ ｅｔ ｒ ｅ ｉ ｔ ｒ ａａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｕ ｎ ｔ ｎ ｆ ｍｉ ｏ ｇ ｎ ｌ ｏ ｏ ｙ，ｔ ｅｅ ｕ ｔｏ ｆ ｒ ｅｏ ｍ ｈ ｑ ａ ｉｎｏ ｅ ｆ ｒ ｆ
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ＬＵＯ Ｙ ａ Ｍ ＡＯ Ｊ ａ ｗｅ ｕ ｎ， ｉｎ ｉ
LED道路照明灯具配光方法的分析(上)
消费日报/2009年/12月/24日/第B03版科技LED道路照明灯具配光方法的分析(上)惠州雷士光电科技有限公司上海研发中心周详张文韬陈伟引言LED道路照明灯具（以下简称“LED路灯”）是近年来照明行业的关注热点。
为推动节能减排，有效引导半导体照明应用的健康快速发展，国家科技部推出“十城万盏”计划，这一举措更加速了中国LED道路照明产业的升级。
绿色高效的LED路灯配光设计方法作为评价路灯质量的重要标准之一，一直是照明行业内讨论的焦点话题。
一、LED光源LED发光原理就是将电能转换为光能的过程。
化合物半导体中的电子和空穴在通入电流后发生结合，结合过程中过剩的能量以光子的形式释放，形成出射光线[1]。
LED光源由于具有发光效率高、环保、寿命长、免维护、显色性高、省电、防潮、防震、体积小、响应时间短等一系列优点，近年来已经成为新一代照明光源的主要发展方向。
随着LED 的发展，特别是白光LED技术的日趋成熟，LED具备了在道路/街路照明中应用的前提条件。
图1LED光源光通量分布区别于以往的光源，LED为2п单侧空间的发光模式，没有经过配光的LED最大光强方向垂直于发光面，且50%的光通量集中在θ=0°~30°范围内，因此在LED路灯设计中如何控制好光线走向显得格外重要。
二、LED路灯要求CJJ45标准中对于道路/街路的照明要求如下：道路照明既有亮度也有照度的要求，其具体情况取决于灯具实用路段条件。
通常情况下，机动车驾驶员与自行车/行人对于道路照明的需求是不同的[2]。
机动车行驶中驾驶员注视距离较远（100m左右），视角窄，只关心路面上的障碍物，路面应以亮度评价（亮度评价与路面亮度系数等多种条件有关）；自行车/行人关注距离较近，视角宽，因此要关注垂直照度以及路面的水平照度。
美国能源部（DOE）2008年公布了对于LED路灯的配光技术要求。
可以看出DOE的要求适用于以照度为参考标准的道路。
LED路灯的配光
广泛应用于城市道路、公园、广场等场景，满足不同照明需求和提 高能源利用效率。
多功能集成化发展
多功能集成化
将LED路灯与其他功能集成在一 起，如通信、环境监测、公共安 全等，实现一灯多用，提高路灯 的利用效率和城市基础设施的智 能化水平。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
多功能集成化优势
多功能集成化可以有效降低城市 基础设施的建设和维护成本，提 高城市管理和服务水平，同时增 强城市安全性和应急响应能力。
解决方案
为了解决光污染问题，需要合理选择LED路灯的功率和亮度，根据道路 实际情况调整灯具的角度和投射范围，同时采用智能控制技术，根据实 际需要自动调节灯光亮度，避免过度照明。
能耗问题
总结词
LED路灯的能耗问题主要表现在其功率较高，长时间使用会消耗大量电能，增加能源成本。
详细描述
LED路灯的能耗问题是由其工作原理决定的，由于LED灯珠的功率较高，为了达到所需的照明效果，需要多颗灯 珠组成灯具，这使得整个灯具的功率较高。长时间使用LED路灯会导致大量的电能消耗，增加了能源成本。
聚光配光
聚光配光的特点是光线集中照射，适用于需要突出照明重点的场合。这种配光方式的优点 是照明效果好，眩光少，指向性强；缺点是所需灯具数量较少，但成本较高。
混合配光
混合配光结合了泛光和聚光的优点，通过合理搭配泛光和聚光灯具的数量和位置，实现更 好的照明效果和成本控制。这种配光方式的优点是照明效果好，眩光少，指向性强，成本 适中；缺点是设计难度较大。
乡村道路通常较为狭窄，弯道较多， 因此LED路灯的配光设计应具备较好 的光线扩散和防眩光性能，以避免对 驾驶员造成视觉干扰。
停车场照明
停车场照明是LED路灯配光的另 一个应用场景，需要满足车辆和
LED路灯的配光要求_LED照明驱动电源与灯具设计_[共2页]
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第6章 LED 路灯和隧道灯解决方案 265║下的90%额定电压与110%额定电压，测量LED 路灯之中心光强度。
⑦ 温度循环试验。
LED 路灯必须经过温度循环试验，在操作状态下从室温上升至50℃±2℃，停留16h 之后，降温至−5℃±2℃，停留16h ，再升至室温，为一循环，重复两次，而升降温速度为0.5～1℃/min 。
⑧ 开关试验。
LED 路灯于输入端子间施加额定输入频率之额定电压，依通电30s 、切断30s 之频率，进行1 200次开关次数。
⑨ 耐久性试验。
LED 路灯经过枯化点灯1 000h 后，必须在通电及60℃±2℃之环境温度下能连续工作360h ，试验后于室温放置4h 后量测灯具之光通量，LED 路灯之光通量不得低于初始光通量之90%。
耐湿开关试验。
LED 路灯于环境温度40℃±2℃、相对湿度90%～98% RH 下，在输入端子间施加额定输入频率时的额定电压进行开关点灭，点灯15min 、熄灯75min ，依此条件持续进行20天。
突波保护试验。
测试仪器需依照CNS 14676—5《电磁兼容 测试与量测技术 第5部：突波免疫力测试》的规定，具有1.2/50μs 开路电压波形及8/20μs 短路电流波形之组合波，其试验电压为4kV ，切换电极极性重复试验3次。
电磁噪声试验。
LED 路灯依照CNS 14115规定之测试方法试验。
防尘防火试验。
依CNS 14165电气外壳保护分类等级（IP 码）的规定，对LED 路灯进行试验。
风洞试验。
将灯具在16级风［51.5～56.4（m/s ），强烈台风］状态下，以最大投影面积之方向吹试20min 后，检视测试工件不得有变形、松扣、脱落、龟裂等现象。
振动试验。
将灯具以x 、y 、z 3个互相垂直方向振动，各12min ，共36min ，依正弦波频率300～1 200次/分，每周期3min ，全振幅2mm 循环实施对数扫描后，检视测试工件不会有变形、松扣、脱落、龟裂等现象。
led路灯 方案
LED路灯方案1. 引言随着现代城市化进程的推进，道路照明成为城市建设的重要组成部分。
传统的路灯使用荧光灯或卤钨灯等光源，但这些光源功耗高、寿命短、光效低，不符合节能环保的要求。
LED（Light Emitting Diode）作为一种新型的光源，具有功耗低、寿命长、可调光等优点，成为路灯照明领域的主流光源。
本文将探讨一种基于LED的路灯方案，旨在提供更高能效、更可靠的路灯照明解决方案。
2. 技术方案2.1 LED灯具选择在LED路灯方案中，选择合适的LED灯具至关重要。
应该考虑灯具的功耗、亮度、光效和使用寿命等因素。
推荐选择高亮度的LED灯具，亮度在4000-6000流明之间，以满足市区道路照明的需求。
2.2 光学系统设计为了实现路灯的均匀照明和避免光污染，需要进行合理的光学系统设计。
采用模拟光学技术，结合反射、聚焦和散射等设计手段，将LED灯源的光线有效地聚焦在需要照明的道路上，使之尽可能减少能量的损失。
2.3 电源管理系统LED灯具的电源管理系统是整个路灯方案中非常重要的组成部分。
它应具有恒流特性，能够稳定地供电给LED灯具，并能通过智能控制进行亮度调节和远程监控。
此外，电源管理系统还应具备过电流保护、过压保护和短路保护等功能，确保路灯的安全稳定运行。
2.4 智能控制系统为了提高能效和方便管理，LED路灯方案需要配备智能控制系统。
该系统可以根据不同的光照条件进行亮度自动调节，同时支持远程控制和监测。
采用无线通信技术，可以实现各个路灯之间的数据传输和互联互通，形成智能照明网络，实现精细化管理和故障报警。
3. 实施方案3.1 设备安装LED路灯方案的实施需要在道路两侧或交叉口等位置安装LED灯具。
在确定安装位置时，需要考虑道路的宽度、灯具的功率和照明需求等因素。
合理的安装密度和角度可以提高照明效果和能源利用率。
3.2 系统配置LED灯具安装完成后，需要进行系统配置和调试。
包括与控制中心的连接设置、亮度调节参数的设定等。
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LED 路灯配光方案研究罗 元,毛建伟(重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065)摘 要:LED 道路照明是LED 绿色照明的重要应用领域之一。
LED 路灯配光设计则是其中的一项关键共性技术。
对主要应用在次干路、支路的LED 路灯的配光特点及配光要求进行阐述,分析现有的典型配光方案,认为基于自由曲面光学元件的配光设计方案具有良好的研究前景。
关键词:LED 路灯;道路照明;配光;自由曲面Research on L ight Distribution Sche m es for LED Street L ightLuo Yuan ,M ao Jian wei(Colle ge of O p toelectronic Engineer i ng,Chongq i ng Universit y of P ost&T elecommunication ,Chongq ing 400065)Abst ract :LED r oad w ay ill u m ination is one of the m i portant application fields of LED gr een ill u m i n ati o n .Li g ht distri b ution design o fLED str eet li g ht i s a key a nd generic techno l o gy i n the LED roadway ill u m i n ati o n .LED street li g ht ism a i n ly applied i n co ll e ctor road and local road .Th is paper introduces the li g ht distri b uti o n features a nd require m e nts expatiated ,and analyzes so m e e x isting typical light distri b uti o n sche mes .The sc he m es o f li g ht distri b ution desi g n based on fr eefor m optica l ele m e n,t is considered to be of a good research pr ospec.t K eyw ords :LED street ligh;t roadw ay illu m i n ati o n ;light distribution ;freefor m0 引言LED(L i g ht E m itti n g D iode)是21世纪具有竞争力的新型固体光源,与传统光源相比具有体积小、寿命长、能耗低、控制灵活等优势。
在道路照明中,随着白光LED 技术的发展,单粒LED 的光通量不断提高,LED 取代传统光源用于LED 路灯将成为趋势。
光源在空间各个方向的光强分布即为配光。
LED 路灯配光是使光线尽可能投射到被照路面各个区域,获得符合道路照明要求的光分布,LED 路灯配光设计是否准确到位是其能否替代传统路灯的关键因素之一。
研究LED 路灯配光对今后LED 道路照明的系统设计研究具有重要意义。
1 LED 路灯配光的特点和要求1.1 LED 路灯配光形状特点在道路照明中,如果没有对LED 路灯光源配光,照射在路面上的光型为面积较大的圆形光斑,会有部分光散落到路面之外而没有被利用,如图1(a)所示。
为了满足对路面的亮度、照度、均匀度的要求,且尽可能使得大部分光都分布在道路面上以提高灯光的利用率,减少不必要的浪费,通常需要对LED 路灯进行配光,LED 路灯输出的光线照射在路面上所形成的光型或光斑以矩形为佳,如图1(b)所示。
(a)未经配光 (b)经配光后图1 LED 路灯配光示意图1.2 道路照明标准配光要求根据 城市道路照明设计标准 要求,道路照明中道路分为快速路与主干路、次干路、支路,LED 道路照明配光要求标准值应符合表1的规定。
表1 道路照明标准值级别道路类型路面亮度路面照度平均亮度L av (cd /m 2)总均匀度U O 最小值纵向均匀度U L 最小值平均照度E av(l x )维持值均匀度U E 最小值眩光限制阈值增量T 1(%)最大初始值环境比SR 最小值 快速路、主干路1.5/2.00.40.720/300.4100.5 次干路0.75/1.00.40.510/150.35100.5支路0.5/0.750.48/100.315目前的LED 路灯研究主要集中在次干路和支路上的应用,光通量小是LED 路灯不能应用在主干路上的主要原因。
在主干路上的应用还有待LED 技术的研究和发展。
1.3 LED 路灯的配光曲线发光强度的空间分布通常称为 配光曲线 。
在路灯的下方,光强应是最小,随着仰角 增加,光强I 增加。
函数关系为I =I 0cos 3,即配光曲线表达式。
道路照明单一灯具的理想配光曲线示意图如图2所示。
由于光学设计复杂性,配光形状难以完全符合函数关系,可以减小 角的投射范围,减少灯具的间距来得到均匀照度。
一般来说,希望在配光后能实现宽角度的 蝙蝠翼形配光。
图2 理想配光曲线2 LED 路灯配光方案及分析LED 路灯的配光方案在道路照明要求的基础上进行,同时要考虑控制眩光和考虑环境系数。
对道路照明来说,光效和配光曲线是两个重要参数,目前LED 路灯配光的方案主要有以下基本形式。
2.1 LED 路灯的一次配光在功率型LED 制造过程中,封装时采用透镜工艺可提高光效率、减少光输出损失、改变光输出特性,LED 的封装透镜工艺与大功率的LED 路灯照明一次配光有一定的关系。
通过良好的封装透镜的设计,LED 可以获得较好的光输出特性。
采用双头透镜封装的LED 配光,可以将单粒LED 的光强输出曲线改造成 蝙蝠翼 形,以便进一步实现整个路灯整体光强输出曲线的 蝙蝠翼 形配光。
双头透镜一次配光结构和配光曲线如图3(a)和图3(b)所示,该透镜的设计成为其一次配光核心。
2.2 LED 路灯的二次配光对LED 路灯中的大功率LED 采用透镜或反光器进一步改变输出光特性,即为LED 路灯的二次配光。
LED路灯的二次配光主要有以下情况。
(a)双头透镜封装LED 示意图 (b)双头透镜封装LED 配光曲线图3 双头透镜封装的LED 配光结构和配光曲线示意图采用全反射透镜的LED 二次配光。
光由相对光密介质射向相对光疏介质,当入射角大于临界角时可发生全反射,利用这一原理设计轴对称全反射透镜。
例如,使得光束角改变为 30 范围内,有利于进一步的配光设计。
全反射透镜如图4所示。
采用自由曲面透镜的LED 二次配光。
该设计中,采用了X Y 轴方向上非对称长方形配光的自由曲面光学元件。
例如,在X 轴上产生 60 的均匀分布的配光,满足道路的长度方向的照明要求,在Y 轴上产生 30 均匀分布的配光,得到具有矩形光照效果的44LED 蝙蝠翼 形配光。
自由曲面设计中通过包括有微分方程法、多参数优化法、多表面同时设计法和剪切法来获得光源光线分布与照明目标面光线分布匹配。
自由曲面透镜如图5所示。
图4 全反射透镜图5 自由曲面透镜采用外置透镜和反光器的LED 二次配光。
选择合适的透镜和抛物面的反光器,使出射光线满足一定的要求。
外置透镜和反光器结合如图6所示。
图6 外置透镜和反光器的LED 示意图2.3 LED 路灯的三次配光LED 路灯的三次配光是在大功率LED 一、二次配光完成的基础上,通过对多个LED (单元模组)叠加和空间排列实现,以满足道路照明平均亮度、平均照度和均匀度的要求。
三次配光有以下几种方式。
(1)平面式配光LED 路灯设计时采用X Y 方向非对称的矩形配光的自由曲面光学元件(透镜或反光杯),由于矩形配光在单个LED 光学元件上已完成,所以整个LED 路灯只需将该LED 模组排列在平板上即可。
图7(a)为LED 路灯的平面式配光示意。
(2)弧面式配光多个LED 排列组成一个LED 模组,LED 模组上的LED 是采用轴对称的全反射的透镜或反光杯进行配光的,通过透镜或反光杯配光的辐射角宽度足以覆盖道路宽度。
将LED 模组排列在弧面上,如图7(b )所示,通过调整弧面可以在道路方向上产生近乎于矩形光型。
(a)平面式配光示意图 (b)弧面式配光示意图 (c)多折面式配光示意图图7 LED 路灯的三次配光示意图(3)多折面式配光LED 光线具有良好的方向性,为获得较好的道路配光,分别设计各组的LED 投射方向负责照射各自区域,较为简单的方式是采用V 字型面方式。
在多折面式配光设计时,路灯中各组的大功率LED 分别安装在不同平面上,通过调整各组相对角度来获得路灯的光输出特性和近似矩形照明效果,满足道路照明标准中的要求。
图7(c)为多折面式LED 路灯示意图。
(4)反光杯式配光通过LED 反射器的设计来获得路灯灯光的输出45特性。
为单个LED单独设计X Y轴方向非对称的反射器,此方案类似于平面式配光,不同的是使用自由曲面反光器,使其获得光输出接近于 蝙蝠翼 形,设计多个反射器并排列同样可以得到较好的道路照明效果。
2.4 LED路灯配光方案分析无论采取何种技术手段或方案,就LED路灯配光来说,其光输出特性满足夜间道路照明标准要求,该技术或方案具有良好的使用价值。
上述配光各有优缺点,如表2所示。
一种LED路灯配光方案往往需要进行多次配光的组合和反复设计,以达到道路照明的标准。
如LED一次配光(透镜封装)和灯具的二次配光的组合、LED的二次配光单元和灯具的三次配光的组合、LED路灯的反射器二次配光等。
表2 配光方案的对比配光方案优点缺点一次配光采用双头透镜封装蝠翼形配光曲线良好封装透镜特殊通用性差采用全反射透镜元件设计、加工较简单多粒组合、均匀度一般二次配光采用自由曲面透镜均匀度、蝠翼形配光曲线较好元件设计、加工较复杂采用外置透镜和反光器元件设计、加工较简单光输出损失相对较多三次配光采用平面式机械结构、散热、电源控制较简单,整体均匀度较好道路差异较大时不易通用采用弧面式调节弧面曲率调整配光散热、灯头设计较繁琐采用多折面式散热平面与安装弧面的结合良好,减小了工艺难度不易调整角度采用反光杯式充分利用周边泄露光线,光输出率高,与平面式类似自由曲面反光杯设计较复杂目前,功率型白光LED正朝着单片大功率的方向发展,由于芯片散热瓶颈制约,采用多芯片组合封装的单片大功率LED的散热相对困难,光效相对较低。
所以,综合考虑封装、散热、光效、显色等因素,通常选择单个LED功率在1瓦至数瓦、光效为90~ 100l m/W的产品,通过多粒阵列混联方式来达到总体功率要求,LED路灯配光方面则通过在同一平面合理排列具有较好一次配光的LED,并对该平面的LED整体应用自由曲面光学元件(透镜或反光杯)进行二次配光,以达到道路照明配光要求。