LED路灯照明质量探询.doc
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LED路灯照明质量探询
厦门市光电子行业协会叶荣南
重视光源的光强再分布，也重视节约能源；它有别于
1 LED路灯照明质量的评价依据 成像系统的设讹不劫撇，不必消除像差。
现在测量者要么测量路面的照度，要么在一个规2）驾驶员看到的是路面（或目标）被照明后，经过定的测量姿态下对路面亮度逐点测量（很繁琐且不易吸收和反射后，作为二次发光体所呈现出来的路面（或测准）；其实，这些均非驾驶员的真实感觉。
目标）亮度，而非路面照度，照度是单位路面面积所获
路灯是用来照明道路和路面目标的，同时还具有 取的光通量，人眼不能直接感受到。
引导性的功能，一切应以驾驶员的感觉为依据，驾驶
（2）LED的出现使路面照明的配光设计成为可员感觉到的是亮度而非照度，这是大家已经清楚的事 能：
单个LED芯片光源的面积约为lmm2，可近似为
实。
点光源，较容易进行配光设计。
（1）驾驶员首先要能看清路面和识别目标，路面 （3）LED路灯透镜配光与截光的差别和目标受照后，吸收了部分光线，以二次发射体的形 配光可将有害的和无用的光线经过镜头的作用式提供了路面和目标的亮度和色度，路面和目标在亮 投向予设区域，变为有用光线；而截光是将有害光线度或者色度上必须有一定的差异才能被人眼所识别。
拦截，达到去除眩光的目的，以往的路灯光源均带有
（2）要求路面照明均匀，而且人行道要有适当的 玻璃外壳，如高压钠灯、金卤灯等，其体积太大，在有照明。
使驾驶员既能看清路面又能及时发现目标。
限的空间内难以进行良好的配光设计。
只能利用反射（3）汽车在行驶过程中驾驶员看到的是动态的场 和截光的方式笼统地多利用一些光能和控制眩光；但景，因为车在动，人眼也在转动。
是，用截光的方式控制眩光，无疑要损失了部分光能。
（4）路灯提供的照明必须让驾驶员感觉舒适、不 配光既要求达到道路照明均匀又要求对眩光进易疲劳；应该控制眩光一失能眩光和不舒适眩光，尤 行控制、还要求节能。
而截光只是对眩光进行截除的一
其是失能眩光。
它会致使驾驶员产生短时间失明，危 种低级手法。
害更大。
至于截光，半截光月E截光的区别仅在于对眩光控（5）节能的要求 制的差别；“控制眩光”对于LED路灯的配光来说，这路灯的上述功能除了要求光源要有足够的光通 是一个简单的要求，不是它的精华。
将截光作为LED
量、良好的显色性和色温外，还要求路灯光源必须进 配光的检验标准是不合适的，有些不得要领。
行二次配光，使其路面照明均匀、控制眩光。
3 LED路灯配光设计纠结的原因
2LED路灯配光的目的
（1）明知路灯配光设计应以亮度设计为依据，亮
（1）LED路灯光学设计的特点 度和照度的关系决不是乘上一个简单系数的换算关
1）路灯光学设计属于非成像光学系统的设计，是 系。
但是现行配光设计却还是以照度为依据。
这是为什将灯具光源的光强按照预先设定的照明要求重新分 么?
以亮度为基准的路灯配光设计难于运行的原因。
布，以较少的能耗获得所需的路面照明质量。
它不仅 理论上应该是以亮度为评价依据，但是灯光在路
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LED搬路灯rLamps -
面传播过程中，路面的吸收特性和反射特性未知，形成 另一是采用极坐标系，透镜的出射光与路面相应光路计算链条断裂、数据缺失，造成以亮度为评价依 辐射线一一对应。
缺点是对角线远端的配光较难。
据的光学设计无法进行下去。
这两种方式都可以依据所要求的路面各点的照
欧洲将路面材料分为沥青和水泥两种；并依据漫 度_确定路灯之光强分布一再依据此光强分布及反射的程度将漫反射分为R1、R2、R3、R4四类；R1为 LED的材料特性（折射率n），确定配光透镜的自由曲完全漫反射，R4为镜面反射。
这种分类对于配光设计 面结构尺寸。
这是目前普遍采用的方法，原因为：
显得太粗糙了，没有意义。
①比较容易实现，忽略了路面特性的影响（有些
我国未开展这方面的研究，既没有路面材料分类 不合理）；的样品，更没有各种样品的漫反射特性的资料。
对于配 ②测量容易、简单；有个照度计就可以了；光设计来说，关于路面的漫反射特性细分很有必要，但 ③我国和部分国家一样采用“双轨制“，既认为道工作量很大，而且特性的确定要得到各方的认可则更 路照明的评价应以亮度为主，但是由于亮度评价的困不容易，需要大家配合、努力。
难，也允许用照度来评价，二者之间给了一个简单的
鉴于上述原因，目前采用以亮度为基准的路灯配换算系数取值范围，这个经验数据在大光源中使用了光设计难于进行下去，或者说时机尚不成熟，还有许多年，没啥大问题（更确切地说，是标准迁就了HID多基础工作要做。
光源），因为对道路照明均匀度的要求并不高。
（2）道路亮度测量究竟应该进行动态测量还是静 （4）这种理论和实际严重脱离的现状是在LED路态测量 灯出现之前的情况，随着配光设计的完善、研究道路从人体工效学的角度来思考，答案很显然，应该 照明机理的进展，相信将会有一批更新的研究成果出采用动态测量，因为道路上车子在动，驾驶员眼睛也 现，可能会要求路面照明必须用亮度来评价，要求具在动，其所见路面照明状况是动态的。
有高一些均匀度、低一些亮度、节能、适当的显色性和亮度测量本身就比照度测量困难得多、繁琐得 不同路段的色温要求等等；届时路灯的设计、测量和
多，要进行现场动态测量则更是难上加难。
评价将更趋合理、统一、和谐。
道路照明现场动态测量目前国内连标准都没有，
4产品的质量是设计、生产制造出来的还是
国际上也是如此，方法唯有对症下药。
检验出来的
①抓紧对路面吸收特性和漫反射特性开展研究，
并建立相应的数据库，取得共识，以供选用；使得LED 大家会觉得这个问题多余，谁不知道产品的质量
路灯以亮度为依据的配光设计得以进行。
是设计、生产制造出来的而不是检验出来的。
但是现
②加快制定道路照明现场动态测量的标准，并在实当中却往往并非如此认为；比如在LED路灯的两个此基础上研制相应的测量设备。
使设计一测量—评价重要的特性一配光与散热一就可以看到这种相反的三个环节得以统一、协调。
思维。
（3）以照度为基准的路灯配光设计
（1）配光
由于按亮度设计路灯配光的条件目前还不具备， 有些路灯标准（或规范）中不提配光的具体要求，目前广泛采用的还是以照度为基准的路灯配光设计：
而用截光来代替它。
但是，截光根本无法解决照明均配光设计属于非成像光学、以照度为基准的路灯配光 匀度的问题，他们认为灯具安装后，都要进行照明均设计有两种。
匀度的检测，到时候就可判断灯具是否合格，也就是说一是路面照明区域采用直角坐标系，光学透镜表 灯具在生产过程中无需这方面的要求，工厂尽管生产、面与其一一对应的等照度法；其缺点是工艺性较差。
销售、安装上路，等观场检测后再来判断产品合格与
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否。
忽视了工厂在产品生产过程中对照明质量的控制。
过下式计算：
（2）散热 G=13．84-3．31loglso+1．3（109（IsdI裙））坦-0．08log（Iso／大功率LED路灯另一个重要参数就是散热，散 Iss）+1．29109F+0．97109i。
44．4109h7-1．46109p+C
热不佳，LED路灯的温升就高，可以通过温升来判定散 不舒适眩光控制等级G按其数值（1、3、5、7、9）
热之优劣；温升源于束博在芯片内的光子的热运动；这 共分为5级。
数值越大越好，G>5为可接受的眩光；是由于LED芯片的折射率很高，出射光锥小，大部分 G>7为眩光控制良好 ；虽然CJJ45—2006未对不光子束博在芯片内产生热运动。
温升对灯具寿命起着 舒适眩光提出要求，但是，它对驾驶员的观察舒适性至关重要的影响；它还引起色漂移；温升的高低可以 带来负面影响，我们还是要重视它。
判断灯具寿命的长短。
从配光的角度主要是控制照明光线<800，它影响
灯具温升以灯具周围空气温度为参照体，它与灯 着公式中的第2、3、4项，尤其是第2项。
具中最高温度点的温度之差即为灯具温升。
光源的种类C对不舒适眩光有影响，但是有些LED产品的温升对寿命的影响极大，对于温升的 人过分夸大这方面的影响，如高压钠灯C=0．1、LED灯控制应该始于产品的设计。
C-o；两者相差仅“0．1”，相对于“5”来说也只有2％。
温升可在生产过程中检测，以便于在生产过程中 没有达到一票否决的程度，那种藉口色温太高，拒绝
控制质量。
使用LED的理由是站不得住脚的，更何况LED也可
温升在产品型式试验时必需检测，它可在IP检 以做到低色温的，而且对于隧道照明而言，白光的照验后进行。
明效果要比黄光好得多。
一种LED产品型号投产时，若不知其温升几何?
其余3项分别是路面平均亮度、灯具相对于观测
这种产品的质量则会令人怀疑。
线的高度以及1公里路面的灯具盏数；均与灯泡类型
在一些标准中未对温升提要求，认为“没有必要 无关。
在生产过程中通过对温升的控制来满足寿命要求，寿 按上式计算，LED路灯的不舒适眩光可以控制的命在灯具安装后，现场检测就可判定。
”也就是说，需 比高压钠灯好，因为选择色温5700K以下的LED光要分阶段测量约一年半后（6000h）才能下结论。
这本 源，其光强分布可控，可消除180的影响，且760视线身是一种“事后诸葛亮”的行为，容易引起纠纷。
也不 上的光源面积F可比高压钠灯大得多。
利于工厂及时提升质量。
6 LED光源的显色性能否还用Ra来评价
5 LED路灯是否一定比高压钠灯刺眼
显色指数从一开始就只是颜色表面现象，因此要
这里指的是灯具眩光对人眼的刺激，作为灯具应 找到一个能够很好的与感知力相关的表征参数是很该对眩光的控制十分严格。
眩光分失能眩光和不舒适 难的。
眩光两种。
LED光源的显色性用显色指数（CRI）来衡量，
（1）失能眩光：
它由局部照明过亮且直接进入眼 这里参照的样品光源的选择影响很大：
而CIE对样品瞳所引起，它会致使眼睛短暂失明，危害很大；cjj45— 光源的选择采用了很宽的范围，即、<5000K的黑体辐
2006对失能眩光提出了限制的要求，根据cij45—2006 射和>5000K的一段13光；这意味着作为参照的发光
的要求，只要截止I>800的照明光就可避免失能眩光的 体的数量是无限的，一个色温2856K的白炽灯也可危害，这点对于LED路灯来说很容易做到。
以拥有和自然光同等的显色性。
自从做了这个决定，
（2）不舒适眩光：
不舒适眩光的影响因素较多，道 这个问题就被辩论过，但却一直没找到各方可接受的
路照明不舒适眩光用眩光控制等级G来描述，它可通 解决办法。
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。
。
。
黑～r一
为方便运作通常采用一般显色指数（Ra）来评价灯法，技术委员会在成立五到十年之后就解散了席后一光的显色性。
Ra采用的8个标准色样品如固¨盱示：
个技委会成立于1991年．1999年解教。
但是Ra不太适合用来评价LED照明的显色性． 有人根据人们喜爱色彩鲜艳的特点，提出色彩鲜
艳向量（eRrs）指标，并在cRvs基础}提出表征颤色的四维理论，即用相关色佩（T）、色彩逼真指数（F—CFI—ColorFidelityIndex）、色彩饱和度指数（S-CSI—ColorSaturationIndex）和色彩扭曲指数（D—HDI—HueDistortionIndex）等4维指标来对白光灯的颜色质量进行评级二并提出r一个假想有逼真日光的LED灯．此灯的四维指标应为T65一F100一sO—DO
现在熹国极力推行采用颜色品质指数CQS替代
一般显色指数Ra，戗8个样品的基础上增加了深
红、深黄、深绿和深蓝，以及常见的颜色一肤色和树叶
图1围绕标准光酥B65的8十样品色 色；（这早已有之．值未被别人Ra的检测样品）。
且
因为：
R9>0（这是薪的）。
虽然没能根本上以人体工教学为
（1）CRl只是测量色彩的保真度而未考虑在何种 出发点给予改变，但是它进一步贴近了LED发光；虽情况下会出现色彩失真。
同时，颜色向不同方向变化， 然CIE尚未接受CQS概念，几尢传统照明厂担心会与它对色彩的感觉会有不同的影响。
他们原先对灯具产品的测量结论相矛盾，而这几太厂
（2）评价的样品太少，鼬只选定了8种样品。
在CIE有着深厚的根基。
但可以看到业界的努力，看（3）8个样品的光谱特性与LED的光谱特性太不 到国家层面上尤其是美国国家实验室的不懈努力。
再同，前者为连续光谱，LED有明显的蓝光波峰。
加上这几个国际大厂也在努力开发IZD，相信不久后
（4）8个样品都是中等的色饱和度，它符合当年白 会有所进展的。
炽灯灯光的状态，不能反映人跟的真实感受（尤其是
在白天的真实感受），人类酝的是饱和的色彩色居多 7单纯提出降低灯具光源的色容差要求．是否能真正把色容差降下来
数，而且也不符合LED的发光状态。
（5）CRI的评价有点{昆乱．CRI-4）时并非最低显侗这种情况也不尽然，颜色容差的定义是灯光颜色性能，常有负值出现．也常有CRI高者人眼的真实色的测量数据和标准颜色的测量数据之间的数值差感觉却不如CRI低者的现象出现。
别。
可判断被测灯光颜色与标准颜色的接近程度。
大量的视觉实验表明，CRI不能预测人类的主观标准值与实铡值之间相差的容差值可通过计算感受。
CIE的结论是：
“当前CRI对白色LED光源的得到．计算方法是在Lx蹦bx三维色空间中（‘L’代表亮显色性的优劣判据违背了一套基于视觉的优劣判度，判别白一灰色；‘a’代表红一绿色系；‘b’代表黄一蓝色据。
”系），测量标准色和样品色之间的坐标距离。
最常用的
在过去的几十年里，很多出版物都批评了CIE 方法是cJELAB（容差球法）和cMc（椭圆球法）。
样品测试方法，并且出示了证明测试方法有漏洞的证
（1）与色差的相关参数据，但是至今也没找到比较令人信服的更好的方法。
色差=Kxf（A、R）
CIE很多次力求解决这个问题．也成立了技术委 I）标准颜色样品中心点的色品坐标A员会，但是因为始终没找到一个得到并方认可的办 2）被测灯的色品坐标B
2012中国道路目明论t（劓幅）论文集加1
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现既符台标准样品色温3500K的要求，也符合4000K的要求．据解释：
仪器会自动给予区分，也就是说仪器还是按照2700K、3000K各档的标准样品色温的要求给予区分，3720K的色温虽然数值t看比较靠近
4000K，结果还是应该归到4000K这一段，而不会如你所愿归到3500K这一段。
你想降低要求的目的并没有达到．你放宽的只是相关色温的范围，但是，这并不一定合理。
。
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（2）色品坐标与相关色温的关系
1）一组色品坐标x．Y只对应色品图上的一个点．那么自然也就只有一个相关色温值。
2）一个相关色温，在色品图上是一条线（等温线），那么自然也就有许多组的色品坐标。
固3窖差椭圆球 也就是说，在相关色温相同的情挝下，色品坐标会
3）色温系数K（每个标准颜色样品都对应一组唯 有许多组，自然色容差也就有许多组，那么灯的相关色一的系数一容差的范倒） 温的大小，并不能决定诙标准色温下的色容差大小。
也就是说色差的划、是由上述二条来决定的．比 再说色窖差放宽要有依据，在观察条件良好的状
如，若已经确定标准样品的色温是5000K，那么‘A’与 态下，人眼能察觉到的色差变化大约为00007，美国
‘K’就应该是固定不变的．当被测灯的色品坐标确定 能源之星色容差的要求是o04，大概放宽了6倍，要后，则色差的大小也就被确定了。
再放宽应有恰当面充分的理由和依据。
有的路灯灯光有的标准规定的标准样品的色温是参照荧光灯 的相关色温小于5000K，但是看起来偏绿明显，不舒
的标准，艏2700K、3000K、350DK、4000K、5000K、 服，这就是色容差太大所致。
6500K共6档。
LED常用的4500K及5700K被无辜 还有色容差放宽需综合考虑，首先，要考虑什么地被排斥在外；为了解蒎这个同题，提出企业可根据 体系、什么色差单位；想要放宽色容差的要求，标准样用户要求生产非标准颜色的灯，但必须给出此颜色的 品色温之间的间隔也要放宽才有效。
但是，是否理论目标值，其容差为8SDCI～I（色匹配标准偏差）之内。
这 依据和试验数据来支持。
种要求会不会出现在产品在符台r指定的非标准颜 更主要的是应该考虑人眼的感受。
要有足够的人色灯的要求之外，同时也符合相邻的标准颜色灯的要 群的实验数据，在这些工作未做之前先借用他人的成
求。
果还是有益的。
建蚵参照美国“能源之星”的要求，他
有的规范规定的标准样品的色温参照美国能源 们针对LED节能产品做了许多有益的行之有教的工
之星列出2700K，3000K，3500K．4000K，4500K，5000K， 作，“能源之晕”的公市已非美国能源部单方面的意
5700K，6500K共8档，而色容差给予放松了，理由是 见，它是与各方协调、妥挤的结果。
要求太高．工厂有困难；且不去讨论要求是否真的太
8色差的单位高，只要标准样品色温之间的间距不变，仅把色容差
放丈，势必会有交叉，即会出现某个被测灯的色温可人的眼睛可以感觉出颜色的微小差别，而在仪器同时符合两种标准样品色温的要求，比如被测灯的色J一却没有如此灵舰为丁使色差,fi个计量概念，吉特温为3720K，在你“放宽了”色容差要求岳，它可能出（udd）建立丁一种色差单位——以数值表示色差时的
。
。
。
勰”r
单位物理量。
由于计算色差时所依据的公式不同．所 即L（亮度．白灰），a（正数偏红．负数偏绿）．b（正数以其单位也是不同的。
一般髓计算色差的公式而定 偏黄，负数偏蓝）。
名，例如戈特罗麦色差公式用的是戈特罗夫单位，亚 因为一个颜色的总色差口E可以从单个色差而当斯色差公式用的是亚当斯单位等。
吉特建立的是 算得，因而：
NBS（NationalBureauofStandard一美国国家标准局） E=V（』a）～（』b）～（』L）2单位。
一般说，只要光线好，一个观察者能够看出的颜 式中：
』E一总色差；色中的傲小差别，约为0．3个NSS单位。
护b是色方面的差别；
NBS单位表示的色差值与人眼感觉上的差别的 L-是亮度方面的差别
关系见下表。
荧光灯的色差单位是麦克阿当椭圆SDCN（色匹
配标准偏差单位）．色温取2700K、3000K、3500K、
NBs单位表示的色差值与人眼感觉上的差捌的美§
4000K、5000K，65肿K共6档。
色差值（懈单位】 培觉上的差别
其色差计算是建立在假设为恒亮度的基础之上
极璇 的，其表示为
轻擞
I{=V（dx）～（Ay）2
明Ⅱ 荧光灯这套色容差体系显然不适于LED。
按照这报明显 种分档，色温约为5700K和4500K这些常用的LED强烈 灯被无辜地拒绝。
美国‘能源之星’针对LED提出的8
程强烈 个色温目标值及容差。
是比较合理的。
它沿着黑体温
度轨迹从2700K一7000K尢缝地分布着8个标准样品
当AE=1时．称为一个NBS色差单位。
在CIE色 色温及其色容差，整个系统都有机的联系。
品圉中，一个NBS色差单位相当于0．0015—00025的 世界都期待有标准和规范，但是，更期待有较科x或Y的色坐标变化。
学些、较合理些、较严谨些的标准和规范，冈为标准和
色差表示应能指出被测样品比标准样品浅或暗 规范一旦公布，随着不断被引用，它的影响越来越太，的情况，以及色差的方向。
色差一般以三度空间表示． 以后再修改的成本也会越来越大；
升级会员 