光学设计第14讲LED灯具光学
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一次光学透镜做配光：随着封装技术和精密注塑成型 技术的进步，用来配光的二次光学和LED芯片直接封装 在一起，直接在一次光学透镜上作配光是一种趋势。
透镜的模块化：也是将是配光技术的一种趋势，容易 组装成不同功率的LED路灯；兼顾了防水、防尘，可以 直接裸露在外，从而可以省去了最外面的玻璃灯罩，避 免了玻璃灯罩所附加的菲涅尔损耗。
交汇区类型
主干道与主干道交汇 主干道与次干道交汇
主干道与支路交汇
次干道与次干道交汇 次干道与支路交汇 支路与支路交汇
路面平均照 度（lx） 30/50
20/30 15/20
照度平均值 0.4
眩光限制
在驾驶员观看 灯具的方位角 上，灯具在80 度和90度高度 方向上的光强 分布不得超过 30cd/1000lm和 10cd/1000lm
亮度均匀性： 纵向亮度均匀性：
2）眩光控制
失能眩光 不舒适眩光
Lmin / Lmax
3）视觉引导性：利用灯饰、灯杆位置、颜色特性引导驾
驶员认知前方道路方向
3、道路照明标准
国际照明委员会（CIE）机动车交通道路照明标准
L d2F
ddScos
不同等级道路照明标准
等
所有道路
较小交叉路口 带人行道的
车速Km/h 引入段
距离 亮度 /m Cd/m2
80
40 80
60
25 50
40
15 30
20及以下
1
适应段
距离/m 亮度 Cd/m2
40 80-46 30 50-30 20 30-20
1.0
过渡段
距离 亮度
/m
Cd/m2
40 46-4.5
30 30-2.3
20 20-1.5 1.0
4、LED在道路照明中的优势及难点
人行道照明标准
夜间行人 流量 流量大的 道路
流量中的 道路
流量小的 道路
区域
商业区 居住区 商业区 居住区 商业区 居住区
路面平均 路面最小 最小垂直 照度（lx） 照度（lx） 照度（lx）
20
7.5
4
10
3
2
15
5
3
7.5
1.5
1.5
10
3
2
5
1
1
节能指标
隧道灯道路分段计标准
隧道灯区段照明长度及路面最低亮度
(cd/m2)
纵向
均匀 度
平均 照度
眩光 均匀 限制
度
Eav(lx)
环境比
SR 最小值
Ⅰ 快速路、主干路 1.5/2.0 0.4 0.7 20/30 0.4 10
0.5
Ⅱ
次干路
Ⅲ
支路
0.75/1. 0
0.4
0.5 10/15 0.35 10
0.5
0.5/0.7 5
0.4
—
8/10 0.3 15
—
道路交汇区平均照度表
此类灯具反射器的效率仅为：50-60%， 总体效率低，不超过70%
3、道路照明的质量评价
1）路面平均亮度： 2）路面亮度均匀性：最小亮度/平均亮度 3）眩光控制水平: 4）环境照明系数:环境亮度对驾驶员的影响 5）视觉引导性：
1）亮度 光源在单位面积上的发光强度
d2F
L
ddScos
Lmin / Lav
级
的道路
道路
平均路面亮 整体均匀度 车道平均亮度 环境照明系
度
数
M1
2
0.4
0.7
0.5
M2
1.5
0.4
0.7
0.5
M3
1
0.4
0.5
0.5
M4 0.75
0.4
------
Βιβλιοθήκη Baidu
-----
M5
0.5
0.4
-----
-----
我国道路照明标准 机动车交通道路照明标准值
路面亮度
路面照度
级 别
道路类型
平均亮 总均 度 匀度
1）光效高、能耗低 2）瞬时启动 3）寿命长 4）显色性好 5）便于光学设计 6）便于调光控制 7）总成比低
LED路灯与高压钠灯对比
2.4Km长的道路，宽9m，使用8m高的路灯照明，共 160个路灯，150W高压钠灯和60W LED路灯照明。安 装初始成本：LED：51.2万元，钠灯：9.6万元
项目
将LED分成几个模块，每个模块以 一定的角度组合
单个LED上配二次光学透镜 或者反光杯
现有LED路灯问题
2009年深圳市对27家企业27个型号的LED路灯进行 了测试。
在27盏LED路灯中，在平均照度方面，大约有93%的 产品达到《城市道路照明标准》对次干路的要求，而 所有路灯均未达到主干路的标准；另外，在照度总均 匀度方面，只有22%的LED路灯达到了道路照明对主 次干道的要求。
LED 汽车照明
1、背景
11 r1 r2
1f (nL1)
车外照明：远/近光灯、前雾灯、车牌灯， 车外信号灯（指测/后转信号灯、刹车灯、 后雾灯）
车内照明：仪表灯、阅读灯
日光灯 光扩罩透光率达到92%，一般产品只能达到85%
其中fa(1：simn)ax
射灯
射灯是一种高度聚光的灯具，它的光 线照射是具有可指定特定目标的
筒灯 筒灯是一种相对于普通明装的灯具更具有聚光
性的灯具，一般是用于普通照明或辅助照明。
c(d1)2 d2
1
sin2max
LED道路照明
1、十城万盏
功
率
/W
LED路灯 75
总功 平均寿 年用 年换 年运 5年运
率 命/h 电量/ 灯费 营费 营费
/KW
万度 用/万 用/万 用/万
元元元
12 50000 5.54 0 5.54 27.7
高压钠灯 190 30.4 5000 17 1.6 22.6 113 路灯
5、LED道路照明配光 配光分布：
一次光学+二次光学 多颗LED均匀排列，再在此基础上配光
灯具光学设计基础
灯具光学设计
1、室内照明灯具光学系统 2、室外照明，LED路灯 3、汽车照明 4、交通信号灯 5、手机应用灯具光学系统 6、LED景观照明 6、显示屏
室内照明灯具光学系统
LED 日光管系列 LED 球泡灯系列 LED 射灯系列 LED 筒灯系列 LED 天花灯系列 LED 面板灯系列
2008年12月，科技部 高新司提出了开展 “十城万盏”LED应 用试点示范城市。
经济效益：
环境效应
2、LED道路照明基础
目的：
为驾驶者和行人提供良好的视觉条件 特别是为机动车驾驶者提供安全的视觉条件
道路照明现状 高压钠灯和金属卤化物灯
缺 点：
灯具直接照射的方向上照度高，存在 过度照明的现象
从上述测试可以看出，现有的国内LED路灯只能初步 满足道路照明标准对次干道的要求，离符合主干道的 所要求的各项光学指标还有一段距离。
例：路灯设计
LED路灯设计及趋势
自由曲面透镜的设计：结合边缘光线原理及曲面控 制网格的节点法线矢量的匹配法，使配光曲线呈蝙蝠翼 分布，符合道路照明标准。
透镜的模块化：也是将是配光技术的一种趋势，容易 组装成不同功率的LED路灯；兼顾了防水、防尘，可以 直接裸露在外，从而可以省去了最外面的玻璃灯罩，避 免了玻璃灯罩所附加的菲涅尔损耗。
交汇区类型
主干道与主干道交汇 主干道与次干道交汇
主干道与支路交汇
次干道与次干道交汇 次干道与支路交汇 支路与支路交汇
路面平均照 度（lx） 30/50
20/30 15/20
照度平均值 0.4
眩光限制
在驾驶员观看 灯具的方位角 上，灯具在80 度和90度高度 方向上的光强 分布不得超过 30cd/1000lm和 10cd/1000lm
亮度均匀性： 纵向亮度均匀性：
2）眩光控制
失能眩光 不舒适眩光
Lmin / Lmax
3）视觉引导性：利用灯饰、灯杆位置、颜色特性引导驾
驶员认知前方道路方向
3、道路照明标准
国际照明委员会（CIE）机动车交通道路照明标准
L d2F
ddScos
不同等级道路照明标准
等
所有道路
较小交叉路口 带人行道的
车速Km/h 引入段
距离 亮度 /m Cd/m2
80
40 80
60
25 50
40
15 30
20及以下
1
适应段
距离/m 亮度 Cd/m2
40 80-46 30 50-30 20 30-20
1.0
过渡段
距离 亮度
/m
Cd/m2
40 46-4.5
30 30-2.3
20 20-1.5 1.0
4、LED在道路照明中的优势及难点
人行道照明标准
夜间行人 流量 流量大的 道路
流量中的 道路
流量小的 道路
区域
商业区 居住区 商业区 居住区 商业区 居住区
路面平均 路面最小 最小垂直 照度（lx） 照度（lx） 照度（lx）
20
7.5
4
10
3
2
15
5
3
7.5
1.5
1.5
10
3
2
5
1
1
节能指标
隧道灯道路分段计标准
隧道灯区段照明长度及路面最低亮度
(cd/m2)
纵向
均匀 度
平均 照度
眩光 均匀 限制
度
Eav(lx)
环境比
SR 最小值
Ⅰ 快速路、主干路 1.5/2.0 0.4 0.7 20/30 0.4 10
0.5
Ⅱ
次干路
Ⅲ
支路
0.75/1. 0
0.4
0.5 10/15 0.35 10
0.5
0.5/0.7 5
0.4
—
8/10 0.3 15
—
道路交汇区平均照度表
此类灯具反射器的效率仅为：50-60%， 总体效率低，不超过70%
3、道路照明的质量评价
1）路面平均亮度： 2）路面亮度均匀性：最小亮度/平均亮度 3）眩光控制水平: 4）环境照明系数:环境亮度对驾驶员的影响 5）视觉引导性：
1）亮度 光源在单位面积上的发光强度
d2F
L
ddScos
Lmin / Lav
级
的道路
道路
平均路面亮 整体均匀度 车道平均亮度 环境照明系
度
数
M1
2
0.4
0.7
0.5
M2
1.5
0.4
0.7
0.5
M3
1
0.4
0.5
0.5
M4 0.75
0.4
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Βιβλιοθήκη Baidu
-----
M5
0.5
0.4
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-----
我国道路照明标准 机动车交通道路照明标准值
路面亮度
路面照度
级 别
道路类型
平均亮 总均 度 匀度
1）光效高、能耗低 2）瞬时启动 3）寿命长 4）显色性好 5）便于光学设计 6）便于调光控制 7）总成比低
LED路灯与高压钠灯对比
2.4Km长的道路，宽9m，使用8m高的路灯照明，共 160个路灯，150W高压钠灯和60W LED路灯照明。安 装初始成本：LED：51.2万元，钠灯：9.6万元
项目
将LED分成几个模块，每个模块以 一定的角度组合
单个LED上配二次光学透镜 或者反光杯
现有LED路灯问题
2009年深圳市对27家企业27个型号的LED路灯进行 了测试。
在27盏LED路灯中，在平均照度方面，大约有93%的 产品达到《城市道路照明标准》对次干路的要求，而 所有路灯均未达到主干路的标准；另外，在照度总均 匀度方面，只有22%的LED路灯达到了道路照明对主 次干道的要求。
LED 汽车照明
1、背景
11 r1 r2
1f (nL1)
车外照明：远/近光灯、前雾灯、车牌灯， 车外信号灯（指测/后转信号灯、刹车灯、 后雾灯）
车内照明：仪表灯、阅读灯
日光灯 光扩罩透光率达到92%，一般产品只能达到85%
其中fa(1：simn)ax
射灯
射灯是一种高度聚光的灯具，它的光 线照射是具有可指定特定目标的
筒灯 筒灯是一种相对于普通明装的灯具更具有聚光
性的灯具，一般是用于普通照明或辅助照明。
c(d1)2 d2
1
sin2max
LED道路照明
1、十城万盏
功
率
/W
LED路灯 75
总功 平均寿 年用 年换 年运 5年运
率 命/h 电量/ 灯费 营费 营费
/KW
万度 用/万 用/万 用/万
元元元
12 50000 5.54 0 5.54 27.7
高压钠灯 190 30.4 5000 17 1.6 22.6 113 路灯
5、LED道路照明配光 配光分布：
一次光学+二次光学 多颗LED均匀排列，再在此基础上配光
灯具光学设计基础
灯具光学设计
1、室内照明灯具光学系统 2、室外照明，LED路灯 3、汽车照明 4、交通信号灯 5、手机应用灯具光学系统 6、LED景观照明 6、显示屏
室内照明灯具光学系统
LED 日光管系列 LED 球泡灯系列 LED 射灯系列 LED 筒灯系列 LED 天花灯系列 LED 面板灯系列
2008年12月，科技部 高新司提出了开展 “十城万盏”LED应 用试点示范城市。
经济效益：
环境效应
2、LED道路照明基础
目的：
为驾驶者和行人提供良好的视觉条件 特别是为机动车驾驶者提供安全的视觉条件
道路照明现状 高压钠灯和金属卤化物灯
缺 点：
灯具直接照射的方向上照度高，存在 过度照明的现象
从上述测试可以看出，现有的国内LED路灯只能初步 满足道路照明标准对次干道的要求，离符合主干道的 所要求的各项光学指标还有一段距离。
例：路灯设计
LED路灯设计及趋势
自由曲面透镜的设计：结合边缘光线原理及曲面控 制网格的节点法线矢量的匹配法，使配光曲线呈蝙蝠翼 分布，符合道路照明标准。