led路灯配光类型

LED路灯配光的特征和要求

LED路灯配光形状特征

在道路照明中，LED路灯如果光源没有配光，则照射在路面上的光型是面积大的圆形点，如图1（a）所示，一部分光散射在路面外而不被利用。

为了满足路面的亮度、照度、均匀性的要求，并且尽可能使大部分的光分布在路面上，提高照明的利用率，为了减少不必要的浪费，通常以LED路灯为配光，将LED路灯输出的光照射到路面而形成的光型或点如图1B所示优选为矩形。

图1LED路灯配光模式图

道路照明标准配光要求

根据《城市道路照明设计标准》的要求，道路照明中道路分为快速路和主干路、次干路和支路，LED道路照明配光要求基准值必须符合表1的规定。

表1道路照明基准值现在的LED路灯研究主要集中在二次干线道路和支路的应用上，光通量小是LED路灯不能应用于干线道路的主要原因。在主干道的应用需要等待LED技术的研究和发展。

表1道路照明标准值

LED路灯的配光曲线

发光强度的空间分布一般被称为配光曲线。路灯下，光强度最小，跟随仰角θ增加了光强度I。函数的关系如下。

即配光曲线式。图2表示道路照明单灯具的理想的配光曲线模式图。

由于光学设计复杂，所以难以使配光形状完全匹配和减少函数关系θ角度的投影范围减少了照明设备的间隔以获得均匀的照度。一般来说，希望可以在光照后实现宽角度的“蝙蝠翼”形配光。

图2理想配光曲线

LED路灯配光方式及分析

LED路灯的配光方式基于道路照明条件进行，并且考虑灰度的控制和环境系数的考虑。对于道路照明来说，光效应和配光曲线是两个重要参数，现在LED路灯的光导方案主要有以下基本形式。

LED路灯的一次配光

在功率型LED的制造过程中，通过在封装时使用透镜过程，能够提高光效率，降低光输出损失，改变光输出特性，LED的封装透镜过程与大功率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，可以获得LED更好的光输出特性。

双前轮组件LED通过配光，将单粒子LED的光强度输出曲线改造成“蝙蝠翼”形状，能够进一步实现街灯整体的光强度输出曲线的“蝙蝠翼”形配光。如图3A和3B所示，双头透镜的一次配光结构和配光曲线被设计为一次配光核。

图3的双头透镜封装的LED配光结构和配光曲线示意图

LED路灯的二次配光

对于LED路灯的大功率LED，使用镜头或反光使输出光特性、即LED路灯的二次配光进一步变化。

LED路灯的二次配光主要有以下情况。

全反射使用了镜头LED二次配光。光从相对光密介质朝向相对光疏介质，在入射角大于临界角的情况下全反射发生，使用该原理设计轴对称全反射透镜。

例如，将波束角改变到±30°的范围对于进一步的光导设计是有利的。全反射在图4中示出镜头。

图4全反射镜头

自由曲面）使用镜头LED二次配光。在该设计中，采用了XY轴方向上不对称矩形配光的自由曲面光学元件。例如，X轴产生±60°均匀分布的配光，满足道路长度方向的照明要求，Y轴产生±30°均匀分布的配光，得到具有矩形光照射效果LED的“蝙蝠翼”形的配光。自由曲面在设计中，微分方程法通过包括多参数优化方法、多表面同时设计方法和剪切方法，光源光线分布与照明对象面光线分布一致。自由曲面在图5中示出镜头。

图5自由曲面镜头

采用了外置透镜和反射器的LED二次配光。选择适当的镜头和抛物面的反射器，放出射线来满足一定的要求。在图6中示出了外置透镜和反射器的组合。

图6外置透镜和反射器的LED示意图

LED路灯的三次配光

LED路灯的三次配光是通过在大功率LED一、二次配光完成之后，重叠多个LED（单元模块），进行空间排列来实现的，以满足道路照明的平均亮度、平均照度、均匀性的要求。三次配光有以下方法。

（1）平面配光

LED路灯）设计时在XY方向上采用不对称的矩形配光自由曲面光学元件（透镜或反射杯）在单一LED光学元件上完成矩形配光，因此只需将该LED模块整体排列在平板上即可。图7A是LED路灯的平面配光模式。

（2）电弧配光

多个LED排列构成一个LED模块，LED模块上的LED使用轴对称的全反射透镜或反光杯进行配置，经由镜头或反光杯进行配置的辐射角宽度足以覆盖道路宽度。LED）将模块配置在圆弧上，如图7B所示，通过调整圆弧，能够在道路方向上上生成接近矩形的光型。

图7LED路灯的三次配光模式图

（3）多折面配光

LED光线具有良好的方向性，为了获得良好的道路配光，各组LED投影方向分别设计成照射各个区域，相对简单的方式采用V字型面方式。在多折面式配光设计中，路灯的各组的大功率LED分别安装在不同的平面上，通过调整各组的相对角度，得到路灯的光输出特性和近似矩形照明效果，满足道路照明基准的要求。图7C是多折面式LED路灯的示意图。

（4）反射杯式配光

LED通过反射器的设计，能够得到路灯的输出特性。单独设计单个LED轴方向不对称的反射器XY轴方向不对称的反射器，该方案类似于平面配光，不同的是自由曲面使用反射器，使光输出接近“蝙蝠翼”形状，设计并排列多个反射器同样可以获得良好的道路照明效果。

LED路灯配光方式分析

无论采用什么技术手段或方案，LED路灯在配光的情况下，其光输出特性满足夜间道路照明标准的要求，该技术或方案具有良好的使用价值。上述配光有各自的优点和缺点，如表2所示。一种LED路灯配光方案通常需要多次配光的组合和重复设计以实现道路照明的标准。LED一次配光（透镜包装）和照明器具的二次配光的组合、LED二次配光单元和照明器具的三次配光的组合、LED路灯的反射二次配光等。

表2配光方式的比较

目前，功率型白光LED在单片大功率的方向上发展，由于芯片散热瓶颈的限制，采用多芯片组合封装的单片大功率LED的散热相对困难，光效率相对较低。

因此，综合考虑封装、散热、光效、发色等因素，通常选择单个LED功率从1瓦数瓦、光效为90~100lm/W的产品，通过多粒阵列混合方式实现整体功率要求，LED路灯关于配光通过在同一平面合理排列一次的配光良好的LED，对该平面的LED整体应用自由曲面光学元件（透镜或反射杯）进行二次配光，达到道路照明的配光请求。该方案减少LED路灯整体的配光次数，即减少LED输出光的损失，提高照明设备的效率。简化了照明器具的相对设计和加工难度。保证了路面的均匀性、照度和光型。整体设计很方便。