北美IESNA标准路灯照明系统光学配光_图文

1、海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会关于北美标准路灯照明系统光学配光的探讨王波杜雪蒋金波张志辉李荣彬（香港理工大学先进光学制造中心）引言道路照明设计不仅仅局限于照度要求，作为城市的景观建设，既要能适合道路状况的照明，又要能体现城市人文与环境的特色，通过亮度变化、颜色差异和外观风格等元素来体现路灯的线条以及立体效果，以达到近可能的照明美学观念。现今，在全球积极节能的趋势之下，路灯的需求量节节提升。年在北美路灯的渗透率仅，但预期年路灯的渗透率将超过，年更可突破，达，届时路灯的需求量将成长至百万座。以每座路灯约需颗的需求量来看，估计今年应用于路灯的需求量将较去年增加。且预期渗透率突破至时，将是需求快

2、速起飞之际，估计届时路灯的产值将突破亿美元，估计年，路灯产值的复合成长率高达，如表一所示【】。表一北美路灯需求量逐年对比北美路灯需求量（百万）路灯需求量（百万）每座路灯使用颗数路灯使用总颗数（百万）同比上年增长率北美几个大城市，如美国的罗利市（）、阿恩邝可波尔市（）、奥斯丁市（）和加拿大的多伦多市（）等，在年就启动了”计划，这个计划主要应用范围为路灯、停车场照明等，希望在几年内这些照明领域都运用作为光源，以达到节能、环保和减少维护成本等目的。克林顿气候行动计划（）下的“户外照明计划”目前正在与洛杉矶展开合作，将在洛杉矾海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会进行城市发展史上最大规模的街道照明改造工

3、程。的户外照明计划还与多个伙伴城市建立合作，通过整合技术、采购和项目支持来改善路灯及交通灯系统的能效水平。洛杉矶路灯管理局计划在未来五年内将该市现有的，盏路灯更换为路灯。远程监控站将直接向管理局自动报告路灯故障情况，从而缩短路灯故障时间并提高维护效率。据管理局估算，在计划实施的七年时间内，将会为这座城市节省万美元的电费开支，并可减少，吨的碳排量。一旦还清投资贷款（首期贷款将全部由目前的能源及维护成本节余部分来承担）后，这项路灯改造工程每年将会为洛杉矶节约万美元的开支。这项巨大的工程不仅会让洛杉矶的街道变得更加灯火辉煌、降低用电量和节省开支，而且还将降低光污染（也称为天空辉光）。美国前总统比尔克

4、林顿在今年月日的新闻发布稿中说道：“如果每个城市都效仿洛杉矶，将它们的路灯用电量减少一半，这就相当于每年至少关闭座燃煤火电厂。”克林顿接着说：“我们这样做不仅可以节约纳税人的钱。而且，还可以改善我们的夜空景色。”由此可见，北美市场对于路灯的需求量逐年飞速上升，这是一块“大蛋糕”，但是这块“大蛋糕”基本上都是由国外的灯具公司占领，国内企业鲜有涉及，其原因很多，但最主要的一点就是对于北美标准把握不准，从而使得路灯的配光达不到要求。灯具配光曲线和标准配光是指光源（灯具）在各个空间方向上的光强分布。其表示方法有配光曲线、空间等照度曲线、平面相对等照度曲线、光强分布表格及数学函数表示等。其中，使用最广泛

5、、计算较方便的是配光曲线，表示方法有两种：极坐标法和直角坐标法。对于投光灯，一般采用直角坐标法；对于室内和道路照明，一般使用极坐标法。目前，配光文件格式的标准有很多，比较流行的有一、一等。最广泛应用的分别是北美采用的一和欧洲采用的这两个标准。年，北美照明工程师社区出版了最早的灯具和光源配光电子版信息制作的工业标准，发行灯具配光曲线的电子文档格式，即推荐的配光曲线的电子文档格式（一），很快便得到北美照明制造行业和照明软件开发公司的积极响应。这个标准在年进行了修订，增加了一些关键字。在年又做了修订，澄清了一些模棱两可的条款，而且其标题扩展为“配光资料及其相关信息电子版转换的标准文件格式”，所修订湃

6、峡两岸第十六屠照明辩技与昔悄研讨会的新版本桐能干¨三【前的扳木菲释。绎过了、两次修订后，在年，再次进行修【。现在佳州的年标准料到美时闻家标准学会（）批准认可一已经成为北荧唯一使川的配光立仆格，文件扩展名为“”。在我国如今已经干衅照明厂商和检测机构，：始使标准！行配光检钡和发行配光文件”。任标准中，路灯的光型分布分为类如图所示。这种光犁丰要用于狭窄的人打道或者自行乍道。灯头鲁体位道路中央，照明宽度（垂直于道路行进方向）灯高基本矧一。耐：这种光型主要用于比较宽的人行逆、行车道的八口、自行车逆或者其它狭长窄小的照明应川。灯三【：主体位于道路的侧，而不是巾央。照明宽度人体上足灯高的倍。：卜要

7、于高速路、行：道、停牛场和一般的广场照明。甜头体位于道路侧，照明宽度是灯商的倍。研；攫用于洗埔照明和大范围的停车场明。灯头：体位于路的侧。照明宽度为灯高的倍。其光型类似于卟半咧，尤其是从度到度再到度的光强分夼是相同的。：主要用于般停车场照明和大范罔广场照。照明范为一圆形，灯头！体位于照明域的中一，。罔中分别为种光叶和短照明长度的配光曲线。短照明长度指沿蹄方向的照明长度足灯岛的倍到倍。巾！】长度是指照明度是灯高的倍到倍。长照明长度足从倍到倍，图为标准对于光诅分布的示意图。儿一红椎表示的是和的照明范围。这嘣个光型和主要川蹄的照明。但标准中路灯国家标准乖欧洲标准币旧的足小允许调整义的俯仰角，所以十想

8、打八北美市场的日路灯灯其生产商来说，扁这两种光型要特别注意，眦光时一定要倾斜配光的独特设。幽圈标准中光型渣臻罐海峡两岸第十六届恩明科技与营销研讨舍、“”¨。，】，：一：、一二，：二，一。，一一。呻【、，、一、一亡田种光型的配光曲线。§”帆黝黑、。攀海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会十一了一一一，国。胡，继匡圈玉光垂分布示意田倾斜配光的路灯透镜如图所示透镜的作用是把朗伯型发散的光型校准为所需要的非对称光型。透镜利用斯涅尔定律，折射、全反射和衍射组合的方法设计。整个纵截面为非对称结构：表面为折射面，表面为圆柱面，与垂直芯片的光轴线有。左右的喇叭口（为了注塑时脱模方便），表面和

9、表面为全反射面，表面是为折射面。整个横截面是对称分布的：表面±是和纵截面一样的圆柱面，表面为折射面，表面为全反射面，表面为菲涅尔面。为朗伯型分布的大发散角，在设计透镜时，由于芯片的发光面积相对于整个透镜来说相当小，一般在设计时可以把芯片当作点光源来设计。纵截面：从芯片发出的一组光线，一部份光线被表面的非球面和表面直接发散生成一一，另一部分光透过圆柱面折射，再经过表面和表面全反射最后通过表面折射成一一，通过这样的扩散方式形成了我们所需的垂直于道路行进方向上的倾斜配光光型。横截面：从芯片发出的光线，大部分通过折射面和菲涅尔面扩散成一。一十。，还有一部分光线通过圆柱面折射、自由曲面全反射后

10、通过菲涅尔面形成。一。的光型，这样就形成了沿道路方向的蝙蝠翼型的配光。透镜内表面和菲涅尔面的轮廓线可以通过光学软件如和设计出。外表面、外表面和外表面的轮廓线，可以先根据透镜材料的折射率，算出进入表面的光线方向，然后再根据全反射条件迭代算出准直镜外表面的各光线控制顶点的坐标，再用样条曲线将这些控制点连接起来就形成了透镜外表面的轮廓线。特得到的各表面轮廓线在软件中海峡两岸第十六届照明科技与营悄研讨舍 五百聂两甄再了巧两夏秤，进行光线追迹。罔为撤槲我们所建扛的模型，刮为斗！个 路灯！【叫系统的光线追迹结粜“。 镰 、 帆， 享 ， 圈倾斜配光透镜模塑 （）整个照明系统光线追迹 ）灯高米时路面照度（均匀度以上） 憋赫渊 口 海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会 三三三三三娑；銎 （）极坐标下配光曲线 图光线追迹结果 总结 从国内外的技术与市场的发展来看，路灯最终取代现有的钠灯或气体放电灯是一必 然的趋势。北美的道路照明如果普遍采用照明工具，这个市场将会非常巨大。未来三五 年是一个重要发展时期，半导