LED路灯配光研究[1]

　　0 引言

　　LED (Light Emitting Diode)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。

　　图1LED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

　　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θ增加，光强Io增加。函数关系为，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θ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。

　　图3 双头透镜封装的LED配光结构和配光曲线示意图