一种道路光照方式的变革制造技术

本发明专利技术公开了一种道路光照方式的变革，属于LED主流照明技术领域。其技术特征是把沿途多盏路灯的光照情况一起考虑进行设计，因而单盏路灯产生的光斑不再是传统要求的均匀，而是有特定分布的非均匀矩形光斑，两盏路灯之间的照度要有合适的拼接区域，而且要配合使用控制光线照射方向的反光罩和透镜配套，采用V形发光发光面，使光照射中心沿路面纵向扩展，提高集成光源的光线利用率和防眩光等多种措施，形成适合于道路照明的新方法。

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术提出一种道路光照方式的变革，属于半导体照明
(二)
技术介绍
我国1992年2月1日开始施行的城市道路照明设计标准中，规定宜采用高压钠灯照明。目前，全球和我国的路灯保有量中，高压钠灯的占比都在62％左右。但高压钠灯(以及高压汞灯)的功率因数只有0.4左右，无功电流较大，线损高，而且光衰很快，显色指数仅0.4，清晰度低。由于标准型高压钠灯的光输出主要集中在明视觉时较为敏感的黄色光区域，所以发光效率比其它电光源高，从而使被照道路表面照度值较大，但是根据最新的视觉科学研究表明，这是一种表面的虚假现象。在黄色光照射下目标视看不清晰，易产生朦胧感。所以，主要辐射黄色光的标准型高压钠灯，由于蓝绿色光不丰富，视看该灯照射下的目标，会产生不清晰的现象。2006年的《城市道路照明设计标准CJJ45-2006》在评价指标上同时采用照度、亮度、评价眩光的阈值增量及环境比等照明评价指标，指明了路灯设计的新方向。2009年科技部推出的“十城万盏计划”，更是明确，要充分利用LED光源的巨大的节能效果来逐渐代替高压钠灯等传统光源，即重点研究LED光源及灯具的设计。随着LED技术的不断进步，白光LED作为第四代照明光源，具有体积小、寿命长、低功耗、绿色环保、显色性好的优点。但LED发光呈Lambertian分布特点，即LED芯片的光强分布是以垂直于LED发光面轴线方向为零度角的余弦分布，目标面照度分布随出光方向与轴线间夹角变化成余弦的4次方变化，导致光照从中心向边界迅速下降，单面发光最大160°，直接用于道路照明效果很差，为提高路灯照明效果，必须进行二次光学设计，着重解决以下两个问题：1)亮度和均匀度亮度和均匀度在道路照明中具体体现在光斑形状与照度分布。包括专利在内的文献一般认为，需要附加的二次光学元件目的是实现矩形光斑和光斑内均匀照明。实现的方法主要采用自由曲面光反射器或者自由曲面透镜。在设计时把单粒LED光源近似为点光源，按非成像光学进行设计。根据非成像光学中边缘光线原理，光源发出的光线的边缘尽量落在目标面的边缘，因此边缘之内的光线就会落在目标面内，从而使光斑的形状接近目标面的形状，并形成比较鲜明的轮廓，可消除中心亮斑，达到单个光斑内照度一定程度的均匀性。问题是，光源自然均匀光线对目标的照度近似与照射距离的平方成反比，这种光线均匀照射方案会使两盏路灯的照明区域的拼接处路面接收到光照的情况很差。如果有人站在此处，道路上的司机可能看不清楚他，容易产生交通事故。如果采用拼接处各自均匀的照度重叠的方法解决路面上一定高度处无照度的不足，则该处的照度会因为照度重叠而不同于其他区域，从而破坏了相邻两个光斑内的照度均匀性。如果在路面上连续、反复地出现亮带和暗带，即“斑马纹效应”，这对于这个车道上的驾驶员而言，会感到很烦躁，这个问题涉及到人的心理，并会危及到道路安全。因此，单盏路灯在道路纵向照度分布应该是非均匀的，并有合适的拼接区域，才能使整个路面照度达到纵向均匀。“环境比”定义为车行道外边5米宽的带状区域内的平均水平照度与相邻的5米车行道的平均水平照度之比，反映道路上与道路旁的照度差别不能太大，通常情况下要大于0.5.它是近年引起重视的道路照明评价指标。如果考虑此要求和能量效率，道路在宽度方向上的照度分布也应该是不均匀的，车行道两侧的照度应该呈递减趋势。对于目前普遍使用的由多个灯珠组合而成的点阵式LED路灯来说，由于每个灯珠间距较大，对于由很多灯珠组合而成的大功率路灯，实际上不能作为点光源考虑。加上每个灯珠封装树脂形成凸透镜，都会产生一个中间亮的圆形光斑，要实现均匀照明难度很大。2)眩光限制眩光是影响照明舒适度的重要因素。眩光是由于视野中的亮度分布或者亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适感觉、或降低观察目标或细节能力的视觉现象。眩光一般分为失能眩光和不舒适眩光。失能眩光降低视觉对象的可见度，但不一定产生不舒适感觉。合理的配光设计可以避免LED路灯应用中的失能眩光，而减少不舒适眩光则需要综合道路照度纵向均匀性、亮度、光线射出角、光源色温、显色性等多种因素，并非由单盏路灯产生一个矩形均匀光斑的传统方式就能解决所有问题。(三)
技术实现思路
流行的路灯设计和市场产品只为单盏路灯产生一个矩形均匀光斑。本专利技术的创新点在于提出需要把多盏路灯一起照射的情况进行设计，因而单盏路灯产生的光斑应该是有特定分布的非均匀光斑，而且需要配合多种措施，形成适合于道路照明的新方法，其中包括：1)安装在灯具中的透镜要产生一个有特定分布的非均匀光斑。单盏路灯在道路纵向照度分布既克服光源自然照度中间强、两边弱的倾向，又要解决仅追求均匀照度形成两灯接合部位的照明盲点。根据光源扩展度守恒原理，目标的网格节点和自由曲面的网格节点一一对应，由目标节点的位置及法矢量，就可以对应地精确计算出自由曲面的控制网格的节点法矢量，从而生成所需要的自由曲面。作为简化设计，可以根据如下数学表达式设计透镜曲面：I＝I0*(cos(θ)+k*sin(θ)) (1)式中I-光照强度I0-LED沿轴线的光照强度cos-余弦函数sin-正弦函数θ-LED发光角(即发出光线与对称轴的夹角)k-修正系数θ＝0-44°，k＝0；θ＝45-64°，k＝0.25-0.35；θ＝65-74°，k＝0.36-0.45；θ＝75-90°，k＝0.46-0.5。2)两盏路灯之间的照度有合适的拼接区域，拼接区域长度取两盏路灯距离的中点各向邻方伸展θ＝4-10°左右，拼接区域的总照度与其他照度大致相同，使道路纵向照度均匀性达到0.8左右。3)透镜设计从节能考虑，道路在宽度方向上的照度分布也是不均匀为好，还通过改变灯具安装的上下仰角，使车行道两侧的照度呈折线式递减趋势，使“环境比”略大于0.5。4)用具有反光特性的材料制成长方形光罩，使单盏路灯照射到道路上的光斑为矩形。5)用单光源LED集成芯片路灯取代点阵式LED路灯，使光源光效高，显著提高亮度和照度的均匀性，尤其可以提高雾霾天、浓雾天和大雨天里光线的穿透性。6)光源的V形投光面扩大发光体中心轴线的宽度，适应长条状的照明状态。(四)附图说明附图为200W路灯结构示意图。图中1为散热器和栅板兼灯壳，2为三角形基座，3为热管，4为光源模块，5为渐变弧面反光罩及防水套，6为双凸透镜，7为透光防护玻璃，8为灯面盖。(五)具体实施方式实施例200W路灯使用两块单块功率为100W的LED集成光源芯片模块。光源芯片模块4的安装基座2是截面形状为等腰三角形的柱状体，材质为纯铝。两个芯片模块紧凑安装在三角形顶角后的两个斜面。两个斜面上各有3个凹槽，装有6根截面形状为圆形的热管3。热管的热端装在凹槽内，热管的冷凝端成伞状向各个方向伸出，穿过铝型材散热体1与铝型材散热体的散热底面接触，并有U型铝材压条压扁热管。热管长度不尽相同，使之尽可能多与铝型材散热体接触，又不突出到铝型材散热体之外。铝型材散热体材料为导热良好的纯铝，由散热底面与散热肋片连成一体构成，肋片断面为三角形，边缘形状为折线。使用专门夹具和定位环定位，通过液压方法使热管的热端和冷端都压扁和变形，热管热端的压扁面与安装基座有凹槽的两面分别处于同一平面，热管冷端与铝型材散热体底面接触被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种道路光照方式的变革，其技术特征是把沿途多盏路灯的光照情况一起考虑进行设计，因而单盏路灯产生的光斑不再是传统要求的均匀，而是有特定分布的非均匀矩形光斑，两盏路灯之间的照度要有合适的拼接区域，而且要配合使用控制光线照射方向的反光罩和透镜配套，提高集成光源的光线利用率和防眩光等多种措施，形成适合于道路照明的新方法。

【技术特征摘要】
1.一种道路光照方式的变革，其技术特征是把沿途多盏路灯的光照情况一起考虑进行设计，因而单盏路灯产生的光斑不再是传统要求的均匀，而是有特定分布的非均匀矩形光斑，两盏路灯之间的照度要有合适的拼接区域，而且要配合使用控制光线照射方向的反光罩和透镜配套，提高集成光源的光线利用率和防眩光等多种措施，形成适合于道路照明的新方法。2.根据权利要求1所述的一种道路光照方式的变革，为了克服投光面为平面的单盏路灯在道路纵向的照度分布自然呈现中间强、两边渐弱的倾向，又要解决仅追求均匀照度形成两灯接合部位的照明盲点，采用向下V形投光面，两个光源模块紧凑安装在V形底座两边，使垂直于发光面的光线中心沿道路方向成带状扩展，形成有利道路照明的光线自然投射，路灯上产生该特定适合道路长条形照明的需要，扩大光线投射中心面宽度，照度满足下式要求：I＝I0*(cos(θ)+k*sin(θ))式中I-光照强度I0-集成光源沿轴线的光照强度cos-余弦函数sin-正弦函数θ-...

【专利技术属性】
技术研发人员：范子英，周永佳，潘伟雄，
申请(专利权)人：广州固佳灯具科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44