圖5 自由曲面透鏡

采用外置透鏡和反光器的LED二次配光。選擇合適的透鏡和拋物面的反光器，使出射光線滿足一定的要求。外置透鏡和反光器結(jié)合如圖6所示。

圖6 外置透鏡和反光器的LED示意圖

2.3 LED路燈的三次配光

LED路燈的三次配光是在大功率LED一、二次配光完成的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)多個(gè)LED(單元模組)疊加和空間排列實(shí)現(xiàn)，以滿足道路照明平均亮度、平均照度和均勻度的要求。三次配光有以下幾種方式。

(1)平面式配光

LED路燈設(shè)計(jì)時(shí)采用XY方向非對(duì)稱的矩形配光的自由曲面光學(xué)元件(透鏡或反光杯)，由于矩形配光在單個(gè)LED光學(xué)元件上已完成，所以整個(gè)LED路燈只需將該LED模組排列在平板上即可。圖7(a)為L(zhǎng)ED路燈的平面式配光示意。

(2)弧面式配光

多個(gè)LED排列組成一個(gè)LED模組，LED模組上的LED是采用軸對(duì)稱的全反射的透鏡或反光杯進(jìn)行配光的，通過(guò)透鏡或反光杯配光的輻射角寬度足以覆蓋道路寬度。將LED模組排列在弧面上，如圖7(b)所示，通過(guò)調(diào)整弧面可以在道路方向上產(chǎn)生近乎于矩形光型。

圖7 LED路燈的三次配光示意圖

(3)多折面式配光

LED光線具有良好的方向性，為獲得較好的道路配光，分別設(shè)計(jì)各組的LED投射方向負(fù)責(zé)照射各自區(qū)域，較為簡(jiǎn)單的方式是采用V字型面方式。在多折面式配光設(shè)計(jì)時(shí)，路燈中各組的大功率LED分別安裝在不同平面上，通過(guò)調(diào)整各組相對(duì)角度來(lái)獲得路燈的光輸出特性和近似矩形照明效果，滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)中的要求。圖7(c)為多折面式LED路燈示意圖。

(4)反光杯式配光

通過(guò)LED反射器的設(shè)計(jì)來(lái)獲得路燈燈光的輸出特性。為單個(gè)LED單獨(dú)設(shè)計(jì)XY軸方向非對(duì)稱的反射器，此方案類似于平面式配光，不同的是使用自由曲面反光器，使其獲得光輸出接近于“蝙蝠翼”形，設(shè)計(jì)多個(gè)反射器并排列同樣可以得到較好的道路照明效果。

2.4 LED路燈配光方案分析

無(wú)論采取何種技術(shù)手段或方案，就LED路燈配光來(lái)說(shuō)，其光輸出特性滿足夜間道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求，該技術(shù)或方案具有良好的使用價(jià)值。上述配光各有優(yōu)缺點(diǎn)，如表2所示。一種LED路燈配光方案往往需要進(jìn)行多次配光的組合和反復(fù)設(shè)計(jì)，以達(dá)到道路照明的標(biāo)準(zhǔn)。如LED一次配光(透鏡封裝)和燈具的二次配光的組合、LED的二次配光單元和燈具的三次配光的組合、LED路燈的反射器二次配光等。

表2 配光方案的對(duì)比

目前，功率型白光LED正朝著單片大功率的方向發(fā)展，由于芯片散熱瓶頸制約，采用多芯片組合封裝的單片大功率LED的散熱相對(duì)困難，光效相對(duì)較低。

所以，綜合考慮封裝、散熱、光效、顯色等因素，通常選擇單個(gè)LED功率在1瓦至數(shù)瓦、光效為90~100lm/W的產(chǎn)品，通過(guò)多粒陣列混聯(lián)方式來(lái)達(dá)到總體功率要求，LED路燈配光方面則通過(guò)在同一平面合理排列具有較好一次配光的LED,并對(duì)該平面的LED整體應(yīng)用自由曲面光學(xué)元件(透鏡或反光杯)進(jìn)行二次配光，以達(dá)到道路照明配光要求。該方案減少了LED路燈總體的配光次數(shù)，即減少了LED輸出光的損失，提高了燈具的效率;簡(jiǎn)化了燈具的相對(duì)設(shè)計(jì)、加工難度;保證了路面均勻度、照度、光型;便于整體設(shè)計(jì)。

因此該方案具有良好的研究前景。

3 小結(jié)

LED路燈配光設(shè)計(jì)是LED道路照明應(yīng)用的關(guān)鍵之一。本文主要分析了LED路燈的配光方案，對(duì)各方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，認(rèn)為基于自由曲面光學(xué)元件的配光設(shè)計(jì)方案具有良好的發(fā)展前景。LED路燈的配光在LED道路照明中具有重要意義。隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，LED路燈應(yīng)用于道路照明的前景將更加廣闊。