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简介
这是室外照明，包括了LED路灯光学结构演变历程，光学设计案例讲解，道路照明灯具形态发展轨迹，新的问题：照度均匀但看上去不均匀等内容，欢迎点击下载。
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LED照明标杆产品光学设计 内容提要 内容提要 道路照明灯具形态发展轨迹 LED道路照明：从小功率LED到大功率LED 出现的问题：配光问题 LED路灯配光的意义 LED道路照明：从无配光到蝙蝠翼配光 几类完成蝙蝠翼配光的方案 新的问题：照度均匀但看上去不均匀 路面照度和路面亮度的关系 路面照度：路面点单位面积接收的光通量 路面亮度：从路面点反射到人眼的光锥亮度 《城市道路照明设计标准》的两种评价体系 亮度指标——人眼的直观感受的指标 驾驶员行车作业时，眼睛直接感受到的是路面亮度不是照度 国际照明委员会和大多数国家以亮度为依据制定道路照明规范 在有条件进行亮度计算和测量的情况下，应以亮度为准 路面亮度的测量 测量点最小间距小于5米，则亮度计： 垂直视场角<2’ 水平视场角2’~20’ 计算 “检测”路面亮度的方法 路面亮度的决定因素 亮度系数的转换与计算 亮度分布计算流程 实例：某路灯的亮度分布转化 安装路面 路面的照度分布 换算的路面的亮度分布 LED道路照明：从照度均匀到亮度均匀 灯具形态发展趋势：一体式灯具到模块化灯具 模块化——必然趋势：成本优势 模块化大大减小了模具成本（不同瓦数的灯具不需另外开模具） 物料成本更低（同样散热面积的多个模组总物料质量小于一体式整灯） 小型模组加工方便，加工成本更低 有助于大幅降低备料风险 模块化——必然趋势：维护优势 一体式灯具换光源步骤 需整灯取下，换一完全相同的灯具 可能灯具完全报废，或光源全部返厂置换 模块化灯具换光源步骤 卸下模块：单一模块，轻便易拆装 模组甚至可以现场置换 只更换一个模块，不用全部更换 三种类型的单管模块化形式 LED道路照明：从单管器件封装到集成封装模组 优势： 成本远低于单管器件（100瓦同样光效的光源成本低50%以上） 器件失效机制更少，散热器与模组接触好（器件与散热器接触面积小） 易于进行外观设计，易形成流线型造型 形式单一、接口标准，易形成标准化器件 缺点： 光源光效低10%-20% 散热性能更差，寿命预期更短 内容提要 4 标杆评测光学设计部分测试结果分析 4.1 光效评估 4.2 光色质量评估 4.3 对配光设计的评估 4.4 对耐候性的评估 LED标杆指标 指标1 灯具光效 指标2 色温 指标3 路面光效 指标4 均匀性 指标5 环境比 指标6 20lux平均照度下单位面积功率 指标7 耐候性 LED标杆评估范围 LED标杆评估范围与标杆指标、指标权重间的关系 光效评估 指标1 灯具光效 指标3-1 单位功率平均照度 指标3-2 单位功率平均亮度 指标6 20lux平均照度下单位面积功率 光色质量评估 指标2 色温 对配光设计的评估 指标3-1 单位功率平均照度 指标3-2 单位功率平均亮度 指标6 20lux平均照度下单位面积功率 指标4-1 照度均匀度 指标4-2 纵向亮度均匀度 指标5 环境比 对耐候性的评估 指标7 耐候性 内容提要 透镜的设计流程 确定设计目标 根据设计方向进行初步设计：根据光学原理，设计光线控制思路 编写程序，构建曲面中的控制点和控制线（母线）；将控制点、线利用3D建模软件构建模型 利用光学模拟软件对所建模型进行光线追迹，评估样品的光效，光斑均匀度等参数，提取配光曲线 调整和优化，达到设计目标 利用DIALux模拟在实际照明环境中光斑的分布情况，照度亮度的均匀的等指标 光学设计的辅助工具 数学计算软件——MATLAP 、Excel 3D建模软件——Rhinoceros 、Pro/Engineer 光学模拟软件——TracePro 、Lightools 灯光照明设计软件——DIALux 设计实例：Flood light泛光灯 照明要求 被照物体：墙面 照亮面积：高6m，宽1~4米 灯具位置：离墙1m，垂直照射，仰角35° 光通量：单灯2400lm 照度要求：要求光在被照墙面上有均匀的照度分布 照明特点： 属于单侧的投射灯，纵向方向的光分布是非均匀的，要求光纵向集中分布在上方，且光线均匀过渡 第一步：确定设计目标 目标配光曲线水平方向对称，垂直方向非对称 以下将根据单透镜泛光灯的设计来详细介绍设计与优化的过程 第二步：确定总体光学结构 备选方案1：非对称结构透镜 可行性：纵向方向上的非均匀光分布决定了单透镜必须使用具有内外表面的非对称结构 实施特点：单透镜结构较为复杂，设计困难，开模难度大 装配简单 备选方案2：透镜+反射杯 可行性：利用反射杯来实现光的单侧分布 实施特点：反射杯和透镜均曲面简单易开模 反射杯的精度要求高，实现难度大 需要分别装配透镜与反射杯，容易引入误差 确定的设计思路 第三步：设计并建模 利用3D建模软件（Rhinoceros）构建透镜模型 第四步：模拟 利用光学模拟软件（TracePro）进行光线追迹 把透镜模型代入到TP中，设置透镜材质为PC，建立光源，设定光源发光表面光通量为100lm，建立接收面，进行光线追迹。如下图所示 第五步：系统优化——评估光斑质量，光效等 TracePro模拟所得光斑光效为90.419%，光效较高，但主要还存在三方面的问题 ①最大光强角过小 ②上半平面能量占总平面的能量为的0.82%，零点以下的光通量太多 ③最大光强分布在两侧，中心光强较弱，光斑出现了“空洞” 必须对透镜进行优化调整！！！ 系统优化的检测手段 1. 利用光学模拟软件自动优化：如利用TracePro的Interactive Optimizer功能设定目标参数进行自动优化（局限性：只能模拟某些特殊结构） 2. 根据样品的光效，配光曲线，照度情况等分析光线的走向，能量划分等，手动调整模型结构，实现模拟→评估→优化→模拟→评估→优化→得出最优结果的过程 系统优化的检测手段 3、利用DIALux模拟在照明场合中光斑的分布情况，照度亮度的均匀度的等指标，检验光斑效果 系统优化过程 对比光斑形状，光效，照度均匀度，平均照度等参数后找出光斑不足的地方，对透镜进行针对性修改 光斑形状是由各个表面共同作用的结果，为了优化设计效果，首先需要了解每个表面对光斑的调制作用 优化——分析各个表面分别对光线的调制作用 选用相同的内表面和外表面左侧，对比用不同母线构建的外表面右侧对光型产生的影响 优化——分析各个表面分别对光线的调制作用 选用相同的内表面和外表面右侧，对比用不同母线构建的外表面左侧对光型产生的影响 优化过程：改变透镜光斑效果 优化结果 针对光斑照度位置过低，且最大光强左右分离的问题，再对透镜模型进行必要的修改，包括在外表面添加某些必要的表面，削减某些必要的表面等 对比：DIALux场景模拟 对比：DIALux场景模拟
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