北美IESNA標準路燈照明系統(tǒng)光學配光_圖文

1、海峽兩岸第十六屆照明科技與營銷研討會關(guān)于北美標準路燈照明系統(tǒng)光學配光的探討王波杜雪蔣金波張志輝李榮彬（香港理工大學先進光學制造中心）引言道路照明設(shè)計不僅僅局限于照度要求，作為城市的景觀建設(shè)，既要能適合道路狀況的照明，又要能體現(xiàn)城市人文與環(huán)境的特色，通過亮度變化、顏色差異和外觀風格等元素來體現(xiàn)路燈的線條以及立體效果，以達到近可能的照明美學觀念?，F(xiàn)今，在全球積極節(jié)能的趨勢之下，路燈的需求量節(jié)節(jié)提升。年在北美路燈的滲透率僅，但預期年路燈的滲透率將超過，年更可突破，達，屆時路燈的需求量將成長至百萬座。以每座路燈約需顆的需求量來看，估計今年應用于路燈的需求量將較去年增加。且預期滲透率突破至時，將是需求快

2、速起飛之際，估計屆時路燈的產(chǎn)值將突破億美元，估計年，路燈產(chǎn)值的復合成長率高達，如表一所示【】。表一北美路燈需求量逐年對比北美路燈需求量（百萬）路燈需求量（百萬）每座路燈使用顆數(shù)路燈使用總顆數(shù)（百萬）同比上年增長率北美幾個大城市，如美國的羅利市（）、阿恩鄺可波爾市（）、奧斯丁市（）和加拿大的多倫多市（）等，在年就啟動了”計劃，這個計劃主要應用范圍為路燈、停車場照明等，希望在幾年內(nèi)這些照明領(lǐng)域都運用作為光源，以達到節(jié)能、環(huán)保和減少維護成本等目的?？肆诸D氣候行動計劃（）下的“戶外照明計劃”目前正在與洛杉磯展開合作，將在洛杉礬海峽兩岸第十六屆照明科技與營銷研討會進行城市發(fā)展史上最大規(guī)模的街道照明改造工

3、程。的戶外照明計劃還與多個伙伴城市建立合作，通過整合技術(shù)、采購和項目支持來改善路燈及交通燈系統(tǒng)的能效水平。洛杉磯路燈管理局計劃在未來五年內(nèi)將該市現(xiàn)有的，盞路燈更換為路燈。遠程監(jiān)控站將直接向管理局自動報告路燈故障情況，從而縮短路燈故障時間并提高維護效率。據(jù)管理局估算，在計劃實施的七年時間內(nèi)，將會為這座城市節(jié)省萬美元的電費開支，并可減少，噸的碳排量。一旦還清投資貸款（首期貸款將全部由目前的能源及維護成本節(jié)余部分來承擔）后，這項路燈改造工程每年將會為洛杉磯節(jié)約萬美元的開支。這項巨大的工程不僅會讓洛杉磯的街道變得更加燈火輝煌、降低用電量和節(jié)省開支，而且還將降低光污染（也稱為天空輝光）。美國前總統(tǒng)比爾克

4、林頓在今年月日的新聞發(fā)布稿中說道：“如果每個城市都效仿洛杉磯，將它們的路燈用電量減少一半，這就相當于每年至少關(guān)閉座燃煤火電廠?！笨肆诸D接著說：“我們這樣做不僅可以節(jié)約納稅人的錢。而且，還可以改善我們的夜空景色?！庇纱丝梢?，北美市場對于路燈的需求量逐年飛速上升，這是一塊“大蛋糕”，但是這塊“大蛋糕”基本上都是由國外的燈具公司占領(lǐng)，國內(nèi)企業(yè)鮮有涉及，其原因很多，但最主要的一點就是對于北美標準把握不準，從而使得路燈的配光達不到要求。燈具配光曲線和標準配光是指光源（燈具）在各個空間方向上的光強分布。其表示方法有配光曲線、空間等照度曲線、平面相對等照度曲線、光強分布表格及數(shù)學函數(shù)表示等。其中，使用最廣泛

5、、計算較方便的是配光曲線，表示方法有兩種：極坐標法和直角坐標法。對于投光燈，一般采用直角坐標法；對于室內(nèi)和道路照明，一般使用極坐標法。目前，配光文件格式的標準有很多，比較流行的有一、一等。最廣泛應用的分別是北美采用的一和歐洲采用的這兩個標準。年，北美照明工程師社區(qū)出版了最早的燈具和光源配光電子版信息制作的工業(yè)標準，發(fā)行燈具配光曲線的電子文檔格式，即推薦的配光曲線的電子文檔格式（一），很快便得到北美照明制造行業(yè)和照明軟件開發(fā)公司的積極響應。這個標準在年進行了修訂，增加了一些關(guān)鍵字。在年又做了修訂，澄清了一些模棱兩可的條款，而且其標題擴展為“配光資料及其相關(guān)信息電子版轉(zhuǎn)換的標準文件格式”，所修訂湃

6、峽兩岸第十六屠照明辯技與昔悄研討會的新版本桐能干¨三【前的扳木菲釋。繹過了、兩次修訂后，在年，再次進行修【?，F(xiàn)在佳州的年標準料到美時聞家標準學會（）批準認可一已經(jīng)成為北熒唯一使川的配光立仆格，文件擴展名為“”。在我國如今已經(jīng)干釁照明廠商和檢測機構(gòu)，：始使標準！行配光檢鋇和發(fā)行配光文件”。任標準中，路燈的光型分布分為類如圖所示。這種光犁豐要用于狹窄的人打道或者自行乍道。燈頭魯體位道路中央，照明寬度（垂直于道路行進方向）燈高基本矧一。耐：這種光型主要用于比較寬的人行逆、行車道的八口、自行車逆或者其它狹長窄小的照明應川。燈三【：主體位于道路的側(cè)，而不是巾央。照明寬度人體上足燈高的倍。：卜要

7、于高速路、行：道、停牛場和一般的廣場照明。甜頭體位于道路側(cè)，照明寬度是燈商的倍。研；攫用于洗埔照明和大范圍的停車場明。燈頭：體位于路的側(cè)。照明寬度為燈高的倍。其光型類似于卟半咧，尤其是從度到度再到度的光強分夼是相同的。：主要用于般停車場照明和大范罔廣場照。照明范為一圓形，燈頭！體位于照明域的中一，。罔中分別為種光葉和短照明長度的配光曲線。短照明長度指沿蹄方向的照明長度足燈島的倍到倍。巾！】長度是指照明度是燈高的倍到倍。長照明長度足從倍到倍，圖為標準對于光詛分布的示意圖。兒一紅椎表示的是和的照明范圍。這嘣個光型和主要川蹄的照明。但標準中路燈國家標準乖歐洲標準幣舊的足小允許調(diào)整義的俯仰角，所以十想

8、打八北美市場的日路燈燈其生產(chǎn)商來說，扁這兩種光型要特別注意，眥光時一定要傾斜配光的獨特設(shè)。幽圈標準中光型渣臻罐海峽兩岸第十六屆恩明科技與營銷研討舍、“”¨。，】，：一：、一二，：二，一。，一一。呻【、，、一、一亡田種光型的配光曲線。§”帆黝黑、。攀海峽兩岸第十六屆照明科技與營銷研討會十一了一一一，國。胡，繼匡圈玉光垂分布示意田傾斜配光的路燈透鏡如圖所示透鏡的作用是把朗伯型發(fā)散的光型校準為所需要的非對稱光型。透鏡利用斯涅爾定律，折射、全反射和衍射組合的方法設(shè)計。整個縱截面為非對稱結(jié)構(gòu)：表面為折射面，表面為圓柱面，與垂直芯片的光軸線有。左右的喇叭口（為了注塑時脫模方便），表面和

9、表面為全反射面，表面是為折射面。整個橫截面是對稱分布的：表面±是和縱截面一樣的圓柱面，表面為折射面，表面為全反射面，表面為菲涅爾面。為朗伯型分布的大發(fā)散角，在設(shè)計透鏡時，由于芯片的發(fā)光面積相對于整個透鏡來說相當小，一般在設(shè)計時可以把芯片當作點光源來設(shè)計?？v截面：從芯片發(fā)出的一組光線，一部份光線被表面的非球面和表面直接發(fā)散生成一一，另一部分光透過圓柱面折射，再經(jīng)過表面和表面全反射最后通過表面折射成一一，通過這樣的擴散方式形成了我們所需的垂直于道路行進方向上的傾斜配光光型。橫截面：從芯片發(fā)出的光線，大部分通過折射面和菲涅爾面擴散成一。一十。，還有一部分光線通過圓柱面折射、自由曲面全反射后

10、通過菲涅爾面形成。一。的光型，這樣就形成了沿道路方向的蝙蝠翼型的配光。透鏡內(nèi)表面和菲涅爾面的輪廓線可以通過光學軟件如和設(shè)計出。外表面、外表面和外表面的輪廓線，可以先根據(jù)透鏡材料的折射率，算出進入表面的光線方向，然后再根據(jù)全反射條件迭代算出準直鏡外表面的各光線控制頂點的坐標，再用樣條曲線將這些控制點連接起來就形成了透鏡外表面的輪廓線。特得到的各表面輪廓線在軟件中海峽兩岸第十六屆照明科技與營悄研討舍 五百聶兩甄再了巧兩夏秤，進行光線追跡。罔為撤槲我們所建扛的模型，刮為斗！個 路燈！【叫系統(tǒng)的光線追跡結(jié)糶“。 鐮 、 帆， 享 ， 圈傾斜配光透鏡模塑 （）整個照明系統(tǒng)光線追跡 ）燈高米時路面照度（均勻度以上） 憋赫淵 口 海峽兩岸第十六屆照明科技與營銷研討會 三三三三三娑；銎 （）極坐標下配光曲線 圖光線追跡結(jié)果 總結(jié) 從國內(nèi)外的技術(shù)與市場的發(fā)展來看，路燈最終取代現(xiàn)有的鈉燈或氣體放電燈是一必 然的趨勢。北美的道路照明如果普遍采用照明工具，這個市場將會非常巨大。未來三五 年是一個重要發(fā)展時期，半導