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《LED路燈的配光設計與照明計算》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、LED路燈的配光設計與照明計算黃瑞彬程彥剛梁建冬農(nóng)文捷古念松（歐司朗照明（中國）有限公司深圳）摘要：本文從人眼視覺分辨原理出發(fā)，分析當前道路照明標準中各參數(shù)對道路照明安全性和舒適性的影響。推理滿足道路照明要求的配光應當具有的特點，并給出了一個能夠符合BSEN13201標準，覆蓋ME1~ME5道路照明要求的光型組合。關鍵詞：LED路燈，配光，亮度均勻性，眩光。Keyword:LEDStreetlight,Lightdistribution,Uniformityofluminance,Glare1概述LED相比傳統(tǒng)光源具有更接近于點光源的特性，更容易通過光學設計滿足道
2、路照明的配光需求。近年來LED路燈的應用逐漸普及，國內(nèi)外對道路照明配光的研究也逐步深入，目前已經(jīng)有比較完善的標準。如北美的ANSI/IESNARP-8-00，歐洲的BSEN13201以及國內(nèi)的CJJ45城市道路照明設計標準。這些標準多從人眼視覺分辨原理和行車安全需求出發(fā)，以亮度相關的參數(shù)作為主要參考指標。常用以下參數(shù)評價道路照明的質(zhì)量：Lav——路面的平均亮度Uo——路面總體亮度均勻度UL——縱向亮度均勻度TI——閾值增量SR——周邊照度系數(shù)然而國內(nèi)的部分院校及廠家在路燈配光的研發(fā)以及一些地方道路照明招標中，常以道路照明外觀效果的均勻和測試驗收的方便性考量，把照度
3、作為主要評價指標，將配光設計成“蝙蝠翼”型，而忽視道路照明中安全相關的亮度標準的做法。這樣不但達不到應有的照明效果，還會給駕駛員帶來嚴重的視覺不適應性(如斑馬效應)。12Fig.1“蝙蝠翼”型配光Fig.2斑馬效應本文從人眼視覺分辨原理出發(fā)，分析行車安全性和舒適性對道路照明參數(shù)和路燈配光的要求，并給出了一個能夠符合歐標BSEN13201標準，覆蓋ME1~ME5道路照明要求的光型組合案例。2理論分析城市道路照明的主要目的是在夜間為機動車駕駛員創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境,達到減少交通事故,提高安全和舒適性的目的。接下來我們從人眼的視覺分辨原理來分析合理的道路照明應該滿足哪些要
4、求。2.1視覺分辨對路面亮度和均勻度的要求人眼分辨物體需要有一定的亮度或顏色差異。如下圖，相同灰度的三角形在左側(cè)的背景下容易分辨而在右側(cè)的背景下則難以分辨。人眼對亮度和顏色差異的分辨有一個最小的閾值。在夜間行駛中，人眼處于暗視覺（也有觀點認為是中間視覺）狀態(tài)，分辨物體主要靠視網(wǎng)膜中的視桿細胞起作用，對亮度的分辨較敏感。因此道路照明中主要考慮亮度的差異對人眼分辨的影響。Fig.3對比度示意圖Fig.4行車注視區(qū)域行車中駕駛員人眼睛注視區(qū)域位于道路前方60m～160m的路面，路燈照明產(chǎn)生的反射光形成一個亮的背景，道路中的障礙物則顯示為暗影。障礙物與背景亮度差，與人眼分
5、辨閾值之比，定義為能見度：12式中：VL——能見度；Lb——背景亮度；Lo——障礙物亮度；ΔLmin——亮度差辨別閾值。從公式（1）可以看出，路面的亮度水平影響著駕駛員觀察障礙物的能見度，影響著視覺的可靠性。路面要有足夠的亮度才能凸顯出障礙物，使駕駛員覺察。國際照明委員會CIE采用顯示能力RP(即看到路面上設定障礙物的概率)來研究路面平均亮度（Lav）與均勻度（Uo）對視覺功能的影響，實驗結(jié)果如下圖：Fig.5CIE顯示能力曲線實驗結(jié)果表明，顯示能力RP隨著亮度而提高，但非線性關系。亮度對顯示能力的貢獻在0.5～2cd/㎡區(qū)間較顯著，亮度超過2cd/㎡，則較平緩。
6、考慮節(jié)能，現(xiàn)有標準對路面亮度的推薦值在0.5～2cd/㎡之間。從實驗結(jié)果我們還可以看到，路面亮度均勻性對RP值也有顯著影響。可以解釋為，駕駛員是通過視野中亮度的變化來察覺障礙物的。如果路面背景亮度本身是變化的，則會混淆障礙物造成的亮度變化，使人眼的疲勞。因此，道路照明的亮度均勻性也是重要評價指標。現(xiàn)有標準的推薦值在0.4～0.7之間，車道縱向均勻度的要求高于整體均勻度。2.2視覺分辨對眩光控制的要求路燈在提供照明的同時，燈具在視網(wǎng)膜產(chǎn)生的眩光對人眼辨識有負面影響。為抵消等效光幕亮度對視覺的影響，恢復物體與環(huán)境在人眼中的對比度，就要提高路面亮度,這種亮度增量就叫閾值
7、增量TI。12Fig.6眩光對人眼的影響Fig.7光幕眩光效果圖對于道路照明中，路面亮度在0.05cd/㎡～5cd/㎡，閾值增量可用下式計算：式中：Lv——等效光幕亮度（觀察者以與水平線成1°夾角，注視道路正前方90m路面上的亮度）；Lav——路面平均亮度；Eeye——眩光源在垂直于觀察者眼睛視線上所產(chǎn)生的照度；θ——視線和從眩光源來的光線入射方向之間的角度；K——比例常數(shù),當θ以度為單位時K=10。2.3視覺分辨對環(huán)境比的要求在道路照明設計中，為了防止車道很亮，但人行道很暗，不利于司機觀察路邊的環(huán)境，有潛在的危險（比方突然有人從側(cè)面沖出來）。需要有一定的環(huán)境比（
8、SR）。即
