一種以亮度為基礎的二次配光方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以亮度為基礎的二次配光方法。
【背景技術】
[0002]目前道路照明指標采用的是照度指標與亮度指標等同的雙軌性方案，實質上推行的仍是以照度為基準的照明指標。雖然國標、CIE、EN都以亮度為基礎制定道路照明標準，但是，由于亮度配光設計和測量困難，又附加推薦了照度指標，依據(jù)路面材料不同，給出了不同的亮度指標對應值。對于同是玻殼燈泡的各類燈具而言，因為都無法靈活配光，其燈具光強分布大致相同，具有一定的方便性。由于以照度為基礎的配光設計較容易、測量方便又不受路面反射特性的影響，設計與測量也方便，從而得到設計方和使用方的歡迎而被廣泛采用，從而幾乎完全忽視了亮度測量。
[0003]道路照明的目的是為了照亮路面及障礙物，保證車輛行駛視線范圍清晰可鑒，避免交通事故；同時要求觀察舒適，減輕眩光危害。因此，道路照明指標的著眼點應是路面亮度而非路面照度，如圖1所示，路面照度人眼其實感覺不到。路面照度系單位路面面積所獲取的光通量 E = dC>/dA*cos a = I*d ω / (dA/cos α ) = I*cos α /r2= (I/r 02) *cos3 α )；它與路燈光源投射到路面各點的光強和投射角有關，而與路面性質無關，也與人眼觀察角無關，人眼感覺不到。而路面亮度就不同了，它是光線射到路面后，部分被吸收、部分被漫反射，其中，一小部分進入人眼，引起視覺感應，被人眼所“看見”，從眼睛端觀察，路面亮度Lv=Iv/cos a *dA,其中路面反射光光強Iv除了與燈具照射在該點的光強有關外，還與路面性質、觀察點的坐標、光線的入射角以及人眼的觀察視角有關，見圖2。路面照度和路面亮度并無準確的轉換關系，它與路面位置、燈光入射角及其光強有關，還因燈具的光強分布不同而不同，LED燈具配光靈活，配光正確與否影響很大。
[0004]由于LED發(fā)出的光為朗伯分布，很難直接用于照明，需要進行二次光學設計。對LED芯片的封裝視為一次光學設計，根據(jù)一次光學設計的結果設計出折射透鏡及反光燈罩等滿足照明應用的光學設計過程為二次光學設計，目的是將朗伯型配光改造成能應用于不同場景照明的配光。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種以亮度為基礎的二次配光方法，擺脫單獨針對照度的配光設計，實現(xiàn)真正意義上從觀察者視角進行的、符合人因工程學的機理的照明設計；在滿足道路照明設計要求的同時還能兼顧照度配光要求，配光靈活正確。
[0006]本發(fā)明一種以亮度為基礎的二次配光方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1、根據(jù)路面照明要求建立數(shù)學模型，求出像方空間光強分布:
[0008]CIE144 定義亮度系數(shù) q(|3，γ) = dL(|3，γ)ΜΕ(β，γ) (I)
[0009]亮度系數(shù)q ( β，γ )與反射系數(shù)表Γ ( β，Tan γ )的關系是:
[0010]Γ (β，γ) = q(0，γ)氺COS3Y (2)
[0011]根據(jù)國標CJJ45-2006對相應道路的照明亮度均勻性U。、眩光TI和環(huán)境比的要求，借助反射系數(shù)表Γ (β，Tany)，應用公式(I) (2)得到如下公式:
[0012]dL(0，γ) = (did r)/L2)*q(0 , γ) = (did γ ) /L2) * Γ (β，γ ) /COS3 γ(3)
[0013]其中，β，γ指路面被測點的極坐標，dL(0，γ)為路面被測點亮度，dl (β，γ)為路燈在路面被測點方向上的光強，L為路燈光強中心至被測點的距離；
[0014]對公式(3)中光強dl(f3，Y)值進行列舉賦值，采用遺傳算法快速收斂，得出像方空間的光強分布集合；
[0015]步驟2、建立數(shù)學模型，求出透鏡之表面形狀:
[0016]以光源光強分布為物方光強分布，步驟I所得的光強分布為像方光強分布，以透鏡表面為界通過剪切法剪切為物方空間和像方空間，物方光強和像方光強在透鏡外表面通過表面曲率的作用實現(xiàn)轉換，即利用透鏡表面的折射公式n*Sin i = n’*Sin i’(4)，其中run’分別代表物方和像方折射率，1、i’分別代表透鏡表面上光的入射角和出射角，通過剪切法進行制表、運算，得到曲面透鏡外表面網(wǎng)格點的空間坐標，將該透鏡網(wǎng)格點空間坐標導入現(xiàn)有的建模軟件生成透鏡3D文件；
[0017]步驟3、模擬驗證配光效果:
[0018](I)將該透鏡3D文件導入光線追跡軟件，選配相應光源IES文件進行模擬，生成燈具光強分布IES文件；
[0019](2)將生成的燈具光強分布IES文件導入照明場景模擬軟件，模擬路面現(xiàn)場照明效果，驗證路面亮度L、路面亮度總均勻度Utl、路面亮度縱向均勻度隊、路面照度E的模擬值結果與目標值是否一致，若一致則透鏡二次配光設計達到要求，若有不一致，則根據(jù)差異點調整相應被測點的dl(f3，γ)值，重復步驟I至2，直至得出目標值。
[0020]本發(fā)明綜合考慮所有關系到行車、道路安全的道路照明指標，以亮度及其均勻度指標需求、眩光指標需求為設計出發(fā)點，并同時兼顧照度指標，針對不同路面需求，依據(jù)CIE144-2001推薦的簡化亮度系數(shù)表，設定不同的光分布空間曲線，實現(xiàn)自由配光，保證路面在行車方向上的亮度均勻性和駕駛者視場范圍內無眩光，能同時滿足業(yè)主和使用者的需求。
【附圖說明】
[0021]圖1為亮度和照度示意圖；
[0022]圖2為路面亮度觀測示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明計算出的透鏡3D效果圖；
[0024]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳述。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明一種以亮度為基礎的二次配光方法，包括如下步驟:
[0026]步驟1、根據(jù)路面照明要求建立數(shù)學模型(如圖2)，求出像方空間光強分布:
[0027]CIE144-2001提出不同路面的反射系數(shù)表Γ ( β，Tan γ )，用于表示路面的反射性會K。
[0028]CIE144定義亮度系數(shù)q(f3，γ) = dL(f3，γ)ΜΕ(β，γ)⑴即亮度系數(shù)為路面被測點的亮度與該點照度之比(見圖2);
[0029]亮度系數(shù)q ( β，γ )與反射系數(shù)表Γ ( β，Tan γ )的關系是:
[0030]Γ (β , γ) = q(0 , γ ) *COS3 γ (2)
[0031]根據(jù)國標CJJ45-2006對相應道路的照明亮度均勻性U。、眩光TI和環(huán)境比等的要求，借助反射系數(shù)表Γ (β，Tany)，應用公