LED路燈的配光方案在道路照明要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行，同時要考慮控制眩光和考慮環(huán)境系數(shù)。對道路照明來說，光效和配光曲線是兩個重要參數(shù)，目前LED路燈配光的方案主要有以下基本形式。

LED路燈的一次配光
　　在功率型LED制造過程中，封裝時采用透鏡工藝可提高光效率、減少光輸出損失、改變光輸出特性，LED的封裝透鏡工藝與大功率的LED路燈照明一次配光有一定的關(guān)系。通過良好的封裝透鏡的設(shè)計，LED可以獲得較好的光輸出特性。
　　采用雙頭透鏡封裝的LED配光，可以將單粒LED的光強輸出曲線改造成“蝙蝠翼”形，以便進(jìn)一步實現(xiàn)整個路燈整體光強輸出曲線的“蝙蝠翼”形配光。雙頭透鏡一次配光結(jié)構(gòu)和配光曲線如圖1(a)和圖1(b)所示，該透鏡的設(shè)計成為其一次配光核心。

圖1 雙頭透鏡封裝的LED配光結(jié)構(gòu)和配光曲線示意圖

LED路燈的二次配光
　　對LED路燈中的大功率LED采用透鏡或反光器進(jìn)一步改變輸出光特性，即為LED路燈的二次配光。 　　LED路燈的二次配光主要有以下情況：
　　采用全反射透鏡的LED二次配光。光由相對光密介質(zhì)射向相對光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角大于臨界角時可發(fā)生全反射，利用這一原理設(shè)計軸對稱全反射透鏡。
　　例如，使得光束角改變?yōu)椤?0°范圍內(nèi)，有利于進(jìn)一步的配光設(shè)計。全反射透鏡如圖2所示。

圖2 全反射透鏡
采用自由曲面透鏡的LED二次配光。該設(shè)計中，采用了XY軸方向上非對稱長方形配光的自由曲面光學(xué)元件。例如，在X軸上產(chǎn)生±60°的均勻分布的配光，滿足道路的長度方向的照明要求，在Y軸上產(chǎn)生±30°均勻分布的配光，得到具有矩形光照效果的LED“蝙蝠翼”形配光。自由曲面設(shè)計中通過包括有微分方程法、多參數(shù)優(yōu)化法、多表面同時設(shè)計法和剪切法來獲得光源光線分布與照明目標(biāo)面光線分布匹配。自由曲面透鏡如圖3所示。

圖3 自由曲面透鏡
采用外置透鏡和反光器的LED二次配光。選擇合適的透鏡和拋物面的反光器，使出射光線滿足一定的要求。外置透鏡和反光器結(jié)合如圖4所示。


圖4 外置透鏡和反光器的LED示意圖

LED路燈的三次配光
　　LED路燈的三次配光是在大功率LED一、二次配光完成的基礎(chǔ)上，通過對多個LED(單元模組)疊加和空間排列實現(xiàn)，以滿足道路照明平均亮度、平均照度和均勻度的要求。三次配光有以下幾種方式。
(1)平面式配光
　　LED路燈設(shè)計時采用XY方向非對稱的矩形配光的自由曲面光學(xué)元件(透鏡或反光杯)，由于矩形配光在單個LED光學(xué)元件上已完成，所以整個LED路燈只需將該LED模組排列在平板上即可。圖5(a)為LED路燈的平面式配光示意。

圖5 LED路燈的三次配光示意圖

(2)弧面式配光
　　多個LED排列組成一個LED模組，LED模組上的LED是采用軸對稱的全反射的透鏡或反光杯進(jìn)行配光的，通過透鏡或反光杯配光的輻射角寬度足以覆蓋道路寬度。將LED模組排列在弧面上，如圖5(b)所示，通過調(diào)整弧面可以在道路方向上產(chǎn)生近乎于矩形光型。

(3)多折面式配光
　　LED光線具有良好的方向性，為獲得較好的道路配光，分別設(shè)計各組的LED投射方向負(fù)責(zé)照射各自區(qū)域，較為簡單的方式是采用V字型面方式。在多折面式配光設(shè)計時，路燈中各組的大功率LED分別安裝在不同平面上，通過調(diào)整各組相對角度來獲得路燈的光輸出特性和近似矩形照明效果，滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)中的要求。圖5(c)為多折面式LED路燈示意圖。

(4)反光杯式配光
　　通過LED反射器的設(shè)計來獲得路燈燈光的輸出特性。為單個LED單獨設(shè)計XY軸方向非對稱的反射器，此方案類似于平面式配光，不同的是使用自由曲面反光器，使其獲得光輸出接近于“蝙蝠翼”形，設(shè)計多個反射器并排列同樣可以得到較好的道路照明效果。