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LED路灯配光是使光线尽可能投射到被照路面各个区域,取得契合路途照明要求的光散布,LED路灯配光规划是否精确到位是其能否替代传统路灯的关键因素之一。



LED路灯配光的特点和要求


1
LED路灯配光形状特点


在路途照明中,如果没有对LED路灯光源配光,照耀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使用,如图1(a)所示。



为了满意对路面的亮度、照度、均匀度的要求,且尽可能使得大部分光都散布在路途面上以提高灯光的使用率,削减不必要的糟蹋,一般需求对LED路灯进行配光,LED路灯输出的光线照耀在路面上所构成的光型或光斑以矩形为佳,如图1(b)所示。




图1 LED路灯配光暗示图



2
路途照明规范配光要求


根据《城市路途照明规划规范》要求,路途照明中路途分为快速路与主干路、次干路、支路,LED路途照明配光要求规范值应契合表1的规则。




表1 路途照明规范值



3
LED路灯的配光曲线


发光强度的空间散布一般称为配光曲线。在路灯的下方,光强应是最小,跟着仰角θ添加,光强I添加。



函数联系为:







即配光曲线表达式。路途照明单一灯具的抱负配光曲线暗示图如图2所示。



因为光学规划复杂性,配光形状难以完全契合函数联系,能够减小θ角的投射范围,削减灯具的间距来得到均匀照度。



一般来说,期望在配光后能完结宽角度的“蝙蝠翼”形配光。





图2 抱负配光曲线



LED路灯配光计划及剖析


LED路灯的配光计划在路途照明要求的基础上进行,一起要考虑操控眩光和考虑环境系数。对路途照明来说,光效和配光曲线是两个重要参数,现在LED路灯配光的计划主要有以下基本形式。



1
LED路灯的一次配光


在功率型LED制作过程中,封装时选用透镜工艺可提高光功率、削减光输出丢失、改动光输出特性,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联系。经过良好的封装透镜的规划,LED能够取得较好的光输出特性。



选用双头透镜封装的LED配光,能够将单粒LED的光强输出曲线改形成“蝙蝠翼”形,以便进一步完结整个路灯全体光强输出曲线的“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,该透镜的规划成为其一次配光中心。




图3 双头透镜封装的LED配光结构和配光曲线暗示图



2
LED路灯的二次配光


对LED路灯中的大功率LED选用透镜或反光器进一步改动输出光特性,即为LED路灯的二次配光。



LED路灯的二次配光主要有以下状况。



选用全反射透镜的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作全反射,使用这一原理规划轴对称全反射透镜。



例如,使得光束角改动为±30°范围内,有利于进一步的配光规划。全反射透镜如图4所示。



选用自在曲面透镜的LED二次配光。该规划中,选用了XY轴方向上非对称长方形配光的自在曲面光学元件。



例如,在X轴上发生±60°的均匀散布的配光,满意路途的长度方向的照明要求,在Y轴上发生±30°均匀散布的配光,得到具有矩形光照作用的LED“蝙蝠翼”形配光。



自在曲面规划中经过包括有微分方程法、多参数优化法、多外表一起规划法和剪切法来取得光源光线散布与照明方针面光线散布匹配。自在曲面透镜如图5所示。




图4 全反射透镜




图5 自在曲面透镜



选用外置透镜和反光器的LED二次配光。挑选合适的透镜和抛物面的反光器,使出射光线满意一定的要求。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暗示图



3
LED路灯的三次配光


LED路灯的三次配光是在大功率LED一、二次配光完结的基础上,经过对多个LED(单元模组)叠加和空间摆放完结,以满意路途照明均匀亮度、均匀照度和均匀度的要求。



三次配光有以下几种方法:



(1)平面式配光



LED路灯规划时选用XY方向非对称的矩形配光的自在曲面光学元件(透镜或反光杯),因为矩形配光在单个LED光学元件上已完结,所以整个LED路灯只需将该LED模组摆放在平板上即可。



图7(a)为LED路灯的平面式配光暗示。



(2)弧面式配光



多个LED摆放组成一个LED模组,LED模组上的LED是选用轴对称的全反射的透镜或反光杯进行配光的,经过透镜或反光杯配光的辐射角宽度足以掩盖路途宽度。



将LED模组摆放在弧面上,如图7(b)所示,经过调整弧面能够在路途方向上发生近乎于矩形光型。




图7 LED路灯的三次配光暗示图



(3)多折面式配光



LED光线具有良好的方向性,为取得较好的路途配光,分别规划各组的LED投射方向负责照耀各自区域,较为简略的方法是选用V字型面方法。



在多折面式配光规划时,路灯中各组的大功率LED分别安装在不同平面上,经过调整各组相对角度来取得路灯的光输出特性和近似矩形照明作用,满意路途照明规范中的要求。



图7(c)为多折面式LED路灯暗示图。



(4)反光杯式配光



经过LED反射器的规划来取得路灯灯光的输出特性。为单个LED独自规划XY轴方向非对称的反射器,此计划类似于平面式配光,不同的是使用自在曲面反光器,使其取得光输出接近于“蝙蝠翼”形,规划多个反射器并摆放相同能够得到较好的路途照明作用。



4
LED路灯配光计划剖析


不管采取何种技术手段或计划,就LED路灯配光来说,其光输出特性满意夜间路途照明规范要求,该技术或计划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路灯配光计划往往需求进行多次配光的组合和反复规划,以到达路途照明的规范。



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 配光计划的比照



现在,功率型白光LED正朝着单片大功率的方向发展,因为芯片散热瓶颈制约,选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。





归纳考虑封装、散热、光效、显色等因素,一般挑选单个LED功率在1瓦至数瓦、光效为90~100lm/W的产品,经过多粒阵列混联方法来到达全体功率要求,LED路灯配光方面则经过在同一平面合理摆放具有较好一次配光的LED,并对该平面的LED全体应用自在曲面光学元件(透镜或反光杯)进行二次配光,以到达路途照明配光要求。



该计划削减了LED路灯全体的配光次数,即削减了LED输出光的丢失,提高了灯具的功率;简化了灯具的相对规划、加工难度;确保了路面均匀度、照度、光型;便于全体规划。
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