LED路灯的配光设计【业界研究】

1、LED路灯的配光设计,Robin. Huang|16133 |GL D LUM AP,Agenda,2,专业倾力,常用道路照明标准,1.概述,ANSI/IESNA RP-8-00,CIE140/EN 13201,CJJ45,3,专业倾力,Average luminance（Lav） Luminance uniformity（U0） Longitudinal uniformity of luminance（UL） Threshold Increment（TI） Surround Ratio（SR）,1.概述,主要评价参数,ANSI/IESNA RP-8-00标准,CIE140/EN 13201标

2、准,照明软件中的评价参数,4,专业倾力,1.概述,照度均匀的“蝙蝠翼”型配光,斑马效应,早期的路灯配光设计成“蝙蝠翼”型: 照度均匀性好； 亮度不均匀， 斑马效应，视觉疲劳。,5,专业倾力,2.理论分析,驾驶员眼睛注视区域位于前方60160m的路面，路面的反射光形成一个亮背景，障碍物显示为暗影。障碍物与背景亮度差，与人眼分辨阈值之比，定义为能见度：,VL能见度 Lb背景亮度 Lo障碍物亮度 Lmin亮度差辨别阈值,能见度,注视区域,6,专业倾力,视锥细胞：主要集中于眼球中央，每个细胞接一个神经元，对颜色敏感，明视觉下 起主要作用。 视杆细胞：分布于范围较广，多个细胞连接一个神经元，对颜色不敏感

3、，暗视觉下 起主要作用。,人眼结构和视网膜的细胞,眼球结构,视网膜结构,2.理论分析,7,专业倾力,2.理论分析,国际照明委员会CIE采用显示能力RP (即看到路面上设定障碍物的概率) 来研究路面平均亮度（Lav）与均匀度（Uo）对视觉功能的影响，实验结果如下图：,CIE 显示能力曲线,8,专业倾力,2.理论分析,视觉分辨对眩光控制的要求,灯具在视网膜的光幕眩光提高了人眼亮度辨分辨阈值Lmin，降低了物体的能见度。 为抵消眩光对视觉的影响，恢复物体能见度，需要提高的路面亮度百分比叫阈值增量TI。,Lv等效光幕亮度 Lav路面平均亮度 Eeye眩光源垂直人眼视线上的照度 视线与眩光源入射光线夹角

4、 K 比例常数, 当以度为单位时K=10,能见度公式:,光幕眩光,9,专业倾力,视觉分辨对环境比的要求,2.理论分析,在道路照明设计中，为了防止车道很亮，但人行道很暗，不利于司机观察路边的环境，有潜在的危险（比方突然有人从侧面冲出来）。需要有一定的环境比（SR）。,SR = Eav-B / Eav-A,10,专业倾力,3.LED路灯的配光设计,LED路灯的配光设计中均需要充分考虑 （基于人眼的视觉分辨）： 道路照明的亮度 均匀性 眩光 环境比 不同的路面材质、路宽、灯具安装条件以及节能因素,11,专业倾力,3.LED路灯的配光设计,LED路灯配光设计的标准要求,美标 Type IV,欧标 ME

5、1ME6,国标 IIII级道路照明要求,12,专业倾力,道路照明的评价区域,3.LED路灯的配光设计,采样点位于车道中心线 for S 30 m, N = 10 for S 30 m, D 3 m,13,专业倾力,LED路灯配光设计的亮度计算,3.LED路灯的配光设计,路面亮度计算需要充分考虑 ： 灯具、观察点、人之间的相对方位 路面的材质 灯具的配光分布 路灯之间的照明叠加 直接计算路面亮度分布较困难，通常先计算路面照度，再乘上道路材质的简化亮度系数R-table。,14,专业倾力,3.LED路灯的配光设计,CIE144-2001公布的路面材质的简化亮度系数表：R-table,R3（沥青）路

6、面,C1（水泥）路面,15,专业倾力,LED路灯配光的设计要点,3.LED路灯的配光设计,OSRAM HPML系列路灯的配光设计： 沿车道方向为对称式配光 垂直车道方向做偏光设计,16,专业倾力,3.LED路灯的配光设计,沿车道方向的配光设计需要充分考虑 ： 节能：配光扩展角要足够大，充分利用斜射光线的高亮化系数 均匀性：配光不宜设计成 “蝙蝠翼”型，光强分布与亮化系数 的叠加会扩大路面的亮度差异，导致斑马效应。 截光设计,路灯截光,斜射光线具有较高的亮化系数,17,专业倾力,截光要求可以参照下表：,3.LED路灯的配光设计,18,专业倾力,3.LED路灯的配光设计,垂直车道方向的配光设计需要

7、充分考虑 ： 偏光设计：根据道宽做匹配的非对称配光，加强远侧光强，降低近侧光强。 道路越宽，偏光补偿越大。 路面材质：对于柏油路面，垂直车道方向的偏光补偿程度要小于水泥路面。 环境比：分配适当比例的光线照明道路周边，使SR0.5。,19,专业倾力,3.LED路灯的配光设计,设计案例：,20,专业倾力,3.LED路灯的配光设计,设计案例：,21,专业倾力,4.场景仿真与分析,ME3ME5配光曲线,ME1ME2配光曲线,为了涵盖不同的道路况及安装条件，设计了窄、宽两种配光组合。,22,专业倾力,4.场景仿真与分析,对ME1ME5的各种不同的路灯安装条件进行仿真，使设计有更大的容差。,23,专业倾力,4.场景仿真与分析,24,专业倾力,4.场景仿真与分析,下图是OSRAM针对欧洲的BS EN 13201-2标准中常用的ME1ME5道路照明要求，根据前面分析的方法设计的HPMSL系列路灯及配光。,SRAM HPML 系列路灯,25,专业倾力,4.场景仿真与分析,OSRAM HPML系列路灯实际安装效果,26,专业倾力,5.结论,通过分析可以看出LED路灯的配光设计需要从人眼视觉和行车安全角度，综合考虑亮度、均匀度、眩光、环境比等参数，在满足安全舒适照明的前提下做到尽可能的节能。 行车方向接近于三角形（扇形）截面，垂直于道路方向做偏光设计的路灯是未来的趋势。同时要充分考虑