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2013年中国照明论坛一LED照明产品设计、应用与创新论坛 LED坡道路灯透镜设计 卢文和 (浙江阳光照明电器集团股份有限公司) 摘要：当前，随着LED技术的发展，LED照明已经被广泛应用到日常生活的方方面 面，LED路灯作为LED照明的重要产品之一，占据了相当大的市场份额。目前市场上出现的 LED路灯，主要以透镜配光为主，这种常规的LED透镜在水平道路上有着良好的照度均匀性， 然而当应用到坡道路面照明时，却出现了照度不均匀的问题。本文从透镜设计的角度出发， 着手解决这一问题，使得LED路灯在坡道照明上有着同样良好的照度均匀度。 关键词LED透镜；路灯；光学设计； 引言 目前普遍采用的道路照明光源是高压钠灯或金属卤化物灯，这两类光源均为高强度气体 放电光源，具有很高的光效[1]。然而，在照明应用中，由于这两类光源体积较大，且为四面 发光的全空间光源，这在配光上有着极大的难度。因此这类光源的路灯在路面上得到的往往 是中心亮外围暗亮度均匀度低的圆形光斑，显然这种圆形光斑不管从能源利用率，还是从路 面的照度均匀度，或者是眩光考虑，用于道路照明不够理想。《城市道路照明设计标准》要求 路灯的配光为长方形的光斑，将几乎所有的光都分布在路面上【2】。而LED的出现则弥补了这 一不足。由于LED光源具有体积小，且具有定向发光的特性，在配光上具有极大的优势。我 们可以利用透镜对LED进行二次光学设计，得到近似方形分布的光斑，从而大大提高了道路 照明的亮度和照度均匀性，也提高了能源的利用率，取得了巨大的经济效益。 随着LED技术的不断发展，LED路灯越来越多地被应用于城市道路照明。由于市场上的 LED大部分都是呈朗伯型分布，中心光强较强，如果没有经过二次配光，LED发出的光斑也 是圆形光斑，而且具有较高的眩光，不能直接用于道路照明。为了满足城市道路照明设计标 准，LED路灯需要进行二次光学设计，从而形成一个均匀分布的长方形光斑，其配光曲线需 呈蝙蝠翼形状，使照射到路面的照度分布均匀。再通过截光设计，减少750．900范围的出射光， 2013年中国照明论坛_I．ED照明产品设计、应用与创新论坛 从而大大减少了眩光。LED路灯透镜作为LED路灯二次光学设计的主要方法，已经被广泛应 用于LED道路照明之中，然而，常规的LED路灯透镜都是针对水平道路路灯设计，这种透 镜的配光曲线在沿水平道路方向上是对称的，但当它用于坡道时，则会在沿路方向产生不均 匀的照度分布。本文通过设计一款LED坡道路灯透镜，使其照射在坡道路面上时也能提供良 好的照度均匀性。 1常规LED路灯透镜的光学原理分析 相对传统光源而言，LED具有光效高，寿命长，节能环保等优点。就光学设计而言，LED 和传统光源最大的区别具有单向发光的特性，而传统光源则是全方位发光【3】，LED的小尺寸 也给配光带来了极大的灵活性。常规的LED路灯是针对水平道路照明设计，这种路灯透镜在 水平道路上，可以提供具有良好照度均匀性的方形光斑，然而，这种透镜应用在具有一定倾 斜角度的坡道上时，则无法再提供像水平道路上那样的照度均匀性。 ’ 3 ＼ ／ 7 }／／田 忒状 一 纾 p 纾 静 仔 图1．a常规LED路灯透镜光学原理图图1．b常规LED路灯透镜配光曲线 图1．a为常规LED路灯透镜的光学原理，LED置于透镜中间的底部。透镜表面由自由曲 面构成，通过调整透镜表面的自由曲面，使LED发出的光线，经过不同位置时折射程度不一 样，从而进行二次配光。常规LED路灯透镜，在水平道路方向通常是对称分布的，图中光线 5垂直于水平路面，左右两边的光线都发生了不同程度的折射。最终形成如图1．b的配光曲线， 从该配光曲线上可以看出，中间的光强最小，两边逐渐增强，形成蝙蝠翼分布。由于中间离 地面的距离最近，两边逐渐变远，从而使地面上的照度保持均匀。 然而，当这种配光曲线的路灯应用到坡道时，情况就不一样了。 2013年中国照明论坛——LED照明产品设计、应用与创新论坛