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LED路燈配光是使光線盡可能投射到被照路面各個區域,取得契合路途照明要求的光散布,LED路燈配光規劃是否精確到位是其能否替代傳統路燈的關鍵因素之一。



LED路燈配光的特點和要求


1
LED路燈配光形狀特點


在路途照明中,如果沒有對LED路燈光源配光,照耀在路面上的光型為面積較大的圓形光斑,會有部分光散落到路面之外而沒有被使用,如圖1(a)所示。



為了滿意對路面的亮度、照度、均勻度的要求,且盡可能使得大部分光都散布在路途面上以提高燈光的使用率,削減不必要的糟蹋,一般需求對LED路燈進行配光,LED路燈輸出的光線照耀在路面上所構成的光型或光斑以矩形為佳,如圖1(b)所示。




圖1 LED路燈配光暗示圖



2
路途照明規范配光要求


根據《城市路途照明規劃規范》要求,路途照明中路途分為快速路與主干路、次干路、支路,LED路途照明配光要求規范值應契合表1的規則。




表1 路途照明規范值



3
LED路燈的配光曲線


發光強度的空間散布一般稱為配光曲線。在路燈的下方,光強應是最小,跟著仰角θ添加,光強I添加。



函數聯系為:







即配光曲線表達式。路途照明單一燈具的抱負配光曲線暗示圖如圖2所示。



因為光學規劃復雜性,配光形狀難以完全契合函數聯系,能夠減小θ角的投射范圍,削減燈具的間距來得到均勻照度。



一般來說,期望在配光后能完結寬角度的“蝙蝠翼”形配光。





圖2 抱負配光曲線



LED路燈配光計劃及剖析


LED路燈的配光計劃在路途照明要求的基礎上進行,一起要考慮操控眩光和考慮環境系數。對路途照明來說,光效和配光曲線是兩個重要參數,現在LED路燈配光的計劃主要有以下基本形式。



1
LED路燈的一次配光


在功率型LED制作過程中,封裝時選用透鏡工藝可提高光功率、削減光輸出丟失、改動光輸出特性,LED的封裝透鏡工藝與大功率的LED路燈照明一次配光有一定的聯系。經過良好的封裝透鏡的規劃,LED能夠取得較好的光輸出特性。



選用雙頭透鏡封裝的LED配光,能夠將單粒LED的光強輸出曲線改形成“蝙蝠翼”形,以便進一步完結整個路燈全體光強輸出曲線的“蝙蝠翼”形配光。



雙頭透鏡一次配光結構和配光曲線如圖3(a)和圖3(b)所示,該透鏡的規劃成為其一次配光中心。




圖3 雙頭透鏡封裝的LED配光結構和配光曲線暗示圖



2
LED路燈的二次配光


對LED路燈中的大功率LED選用透鏡或反光器進一步改動輸出光特性,即為LED路燈的二次配光。



LED路燈的二次配光主要有以下狀況。



選用全反射透鏡的LED二次配光。光由相對光密介質射向相對光疏介質,當入射角大于臨界角時可發作全反射,使用這一原理規劃軸對稱全反射透鏡。



例如,使得光束角改動為±30°范圍內,有利于進一步的配光規劃。全反射透鏡如圖4所示。



選用自在曲面透鏡的LED二次配光。該規劃中,選用了XY軸方向上非對稱長方形配光的自在曲面光學元件。



例如,在X軸上發生±60°的均勻散布的配光,滿意路途的長度方向的照明要求,在Y軸上發生±30°均勻散布的配光,得到具有矩形光照作用的LED“蝙蝠翼”形配光。



自在曲面規劃中經過包括有微分方程法、多參數優化法、多外表一起規劃法和剪切法來取得光源光線散布與照明方針面光線散布匹配。自在曲面透鏡如圖5所示。




圖4 全反射透鏡




圖5 自在曲面透鏡



選用外置透鏡和反光器的LED二次配光。挑選合適的透鏡和拋物面的反光器,使出射光線滿意一定的要求。外置透鏡和反光器結合如圖6所示。




圖6 外置透鏡和反光器的LED暗示圖



3
LED路燈的三次配光


LED路燈的三次配光是在大功率LED一、二次配光完結的基礎上,經過對多個LED(單元模組)疊加和空間擺放完結,以滿意路途照明均勻亮度、均勻照度和均勻度的要求。



三次配光有以下幾種方法:



(1)平面式配光



LED路燈規劃時選用XY方向非對稱的矩形配光的自在曲面光學元件(透鏡或反光杯),因為矩形配光在單個LED光學元件上已完結,所以整個LED路燈只需將該LED模組擺放在平板上即可。



圖7(a)為LED路燈的平面式配光暗示。



(2)弧面式配光



多個LED擺放組成一個LED模組,LED模組上的LED是選用軸對稱的全反射的透鏡或反光杯進行配光的,經過透鏡或反光杯配光的輻射角寬度足以掩蓋路途寬度。



將LED模組擺放在弧面上,如圖7(b)所示,經過調整弧面能夠在路途方向上發生近乎于矩形光型。




圖7 LED路燈的三次配光暗示圖



(3)多折面式配光



LED光線具有良好的方向性,為取得較好的路途配光,分別規劃各組的LED投射方向負責照耀各自區域,較為簡略的方法是選用V字型面方法。



在多折面式配光規劃時,路燈中各組的大功率LED分別安裝在不同平面上,經過調整各組相對角度來取得路燈的光輸出特性和近似矩形照明作用,滿意路途照明規范中的要求。



圖7(c)為多折面式LED路燈暗示圖。



(4)反光杯式配光



經過LED反射器的規劃來取得路燈燈光的輸出特性。為單個LED獨自規劃XY軸方向非對稱的反射器,此計劃類似于平面式配光,不同的是使用自在曲面反光器,使其取得光輸出接近于“蝙蝠翼”形,規劃多個反射器并擺放相同能夠得到較好的路途照明作用。



4
LED路燈配光計劃剖析


不管采取何種技術手段或計劃,就LED路燈配光來說,其光輸出特性滿意夜間路途照明規范要求,該技術或計劃具有良好的使用價值。上述配光各有優缺點,如表2所示。



一種LED路燈配光計劃往往需求進行多次配光的組合和反復規劃,以到達路途照明的規范。



如LED一次配光(透鏡封裝)和燈具的二次配光的組合、LED的二次配光單元和燈具的三次配光的組合、LED路燈的反射器二次配光等。





表2 配光計劃的比照



現在,功率型白光LED正朝著單片大功率的方向發展,因為芯片散熱瓶頸制約,選用多芯片組合封裝的單片大功率LED的散熱相對困難,光效相對較低。





歸納考慮封裝、散熱、光效、顯色等因素,一般挑選單個LED功率在1瓦至數瓦、光效為90~100lm/W的產品,經過多粒陣列混聯方法來到達全體功率要求,LED路燈配光方面則經過在同一平面合理擺放具有較好一次配光的LED,并對該平面的LED全體應用自在曲面光學元件(透鏡或反光杯)進行二次配光,以到達路途照明配光要求。



該計劃削減了LED路燈全體的配光次數,即削減了LED輸出光的丟失,提高了燈具的功率;簡化了燈具的相對規劃、加工難度;確保了路面均勻度、照度、光型;便于全體規劃。
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